Pourquoi la source MOSFET est indiquée par une flèche?

Je sais que, un MOSFET de base contient la source et le drain, et c'est soit un NMOS soit un PMOS; il est indiqué par une flèche à la source. Mais regardons un NMOS fabriqué.

Ici, nous pouvons facilement voir que soit une broche est une source ou un drain dépend totalement de la connexion. Sans connexions, cet appareil est symétrique. Mais regardez les symboles MOSFET conventionnels. tous ces symboles marquant une broche comme source et un autre comme drain. Pourquoi donc ? Pourquoi ces symboles ne sont-ils pas symétriques comme l'appareil l'est?

Lorsque je travaille sur Cadence, les symboles schématiques ont tous ce type de symboles où les sources sont marquées. Mais quand il sera utilisé pour la fabrication, la source et le drain seront déterminés par la connexion, pas par le symbole.

Les MOSFET IC ne sont pas les mêmes que leurs homologues discrets

Vous avez raison en ce que les MOSFET à quatre terminaux diffusés latéralement (tels que ceux qui composent les circuits intégrés CMOS) sont des dispositifs symétriques - le substrat ou le puits est connecté séparément au potentiel le plus bas ou le plus élevé (selon le type de FET que vous avez) le circuit, tandis que la source peut être élevée au-dessus / abaissée en dessous du potentiel substrat / puits.

Cependant , 99% des MOSFET discrets fabriqués au cours de l'histoire et 100% des MOSFET discrets dans la production actuelle utilisent une structure différente - au lieu d'avoir la source et le drain côte à côte, le drain est au fond et la source est en haut, avec la porte découpée dans le FET. Ceci est appelé un MOSFET vertical , et est représenté ci-dessous dans sa forme moderne (c'est-à-dire une structure MOS de tranchée - les premiers MOSFET verticaux utilisaient une rainure en V pour la porte au lieu de la tranchée). Ces structures sont intrinsèquement asymétriques et se prêtent également à la connexion du substrat à la source, formant ainsi la diode corporelle qui est une partie étonnamment utile d'un dispositif MOS de puissance.

La flèche n'indique pas la direction du flux de courant, elle indique la jonction PN entre le corps et le canal.

Si vous utilisez le symbole à 4 bornes, il est en fait souvent symétrique:

Dans la conception de circuits intégrés, les kits de conception devraient vous donner la possibilité d'utiliser ces symboles ou quelque chose comme eux, car le corps sera généralement lié au potentiel le plus bas ou le plus élevé sur l'ensemble du circuit intégré (peut-être avec encore plus de flexibilité pour les appareils PMOS dans un n- bien traiter), pas nécessairement vers le même terminal que la source.

Dans une conception discrète, vous êtes généralement limité à connecter le corps au même terminal que la source.

Toute jonction PN est une diode (entre autres façons de fabriquer des diodes). Un MOSFET en a deux, ici:

Ce gros morceau de silicium dopé P est le corps ou le substrat. Compte tenu de ces diodes, on peut voir qu'il est assez important que le corps soit toujours à une tension inférieure à la source ou au drain. Sinon, vous polarisez les diodes vers l'avant, et ce n'est probablement pas ce que vous vouliez.

Mais attends, ça devient pire! Un BJT est un sandwich à trois couches de matériaux NPN, non? Un MOSFET contient également un BJT:

Si le courant de drain est élevé, la tension à travers le canal entre la source et le drain peut également être élevée, car RDS (on) RDS (on) est non nul. S'il est suffisamment élevé pour polariser la diode source du corps, vous n'avez plus de MOSFET: vous avez un BJT. Ce n'est pas non plus ce que vous vouliez.

Dans les appareils CMOS, c'est encore pire. Dans CMOS, vous avez des structures PNPN, qui font un thyristor parasite. C'est ce qui cause le verrouillage.

Solution: court-circuiter le corps à la source. Cela court-circuite l'émetteur de base du parasite BJT, le tenant fermement. Idéalement, vous ne le faites pas via des câbles externes, car le "court" aurait également une inductance et une résistance parasites élevées, ce qui rend la "tenue" du BJT parasite moins forte. Au lieu de cela, vous les court-circuitez juste au niveau du dé.

C'est pourquoi les MOSFET ne sont pas symétriques. Il se peut que certains modèles soient symétriques autrement, mais pour créer un MOSFET qui se comporte de manière fiable comme un MOSFET, vous devez court-circuiter l'une de ces N régions au corps. Pour celui que vous faites, c'est maintenant la source, et la diode que vous n'avez pas court-circuitée est la "diode du corps".

Ce n'est rien de spécifique aux transistors discrets, vraiment. Si vous avez un MOSFET à 4 bornes, vous devez vous assurer que le corps est toujours à la tension la plus basse (ou la plus élevée, pour les appareils à canal P). Dans les circuits intégrés, le corps est le substrat de l'ensemble du circuit intégré, et il est généralement connecté à la terre. Si le corps est à une tension inférieure à la source, vous devez alors considérer l'effet corporel. Si vous regardez un circuit CMOS où il y a une source non connectée à la terre (comme la porte NAND ci-dessous), cela n'a pas vraiment d'importance, car si B est élevé, alors le transistor le plus bas est passant, et celui au-dessus, sa source est connectée à la terre. Ou, B est faible, et la sortie est élevée, et il n'y a pas de courant dans les deux transistors inférieurs.

Collecté de: MOSFET: Pourquoi le drain et la source sont différents?

FYI: Je suis trop satisfait de cette réponse détaillée que je pensais que cela devrait être ici. Merci à Phil Frost

La source et le drain ne sont pas toujours égaux, cela est vrai en particulier pour les dispositifs discrets, mais il existe également un certain nombre de transistors intégrés avec une structure différente pour la source et le drain.

Les transistors intégrés sont très souvent symétriques, drain et source peuvent être utilisés de manière interchangeable. La flèche à la borne "source" est utilisée pour indiquer le type de transistor (NMOS ou PMOS) et elle est utilisée pour le mapper correctement sur des modèles de transistor sous-jacents qui sont parfois référencés à la source. Bien sûr, les bornes peuvent être utilisées avec le drain et la source échangés et le modèle de transistor est inversé.

Enfin, il existe certains kits de conception où il n'y a pas de flèche source pour expliquer le fait que les transistors sont symétriques.