MOSFET:为什么漏极和源极不同?

电器工程 场效应管 物理
2022-01-03 00:30:06

为什么 MOSFET 的漏极和源极端子的功能不同,而它们的物理结构相似/对称?

这是一个 MOSFET:
MOSFET

您可以看到漏极和源极相似。
那么为什么我需要将其中一个连接到 VCC 而另一个连接到 GND 呢?

3个回答

误区:制造商合谋将内部二极管放入分立元件中,因此只有 IC 设计人员才能使用 4 端子 MOSFET 做巧妙的事情。

真相:4 端子 MOSFET 不是很有用。

任何PN 结都是二极管(以及其他制造二极管的方法)。一个 MOSFET 有两个,就在这里:

带二极管的 MOSFET

那大块 P 掺杂的硅是主体衬底考虑到这些二极管,我们可以看出,主体始终处于低于源极或漏极的电压是非常重要的。否则,您将正向偏置二极管,这可能不是您想要的。

但是等等,情况会变得更糟!BJT 是 NPN 材料的三层三明治,对吧?MOSFET 还包含一个 BJT:

带 BJT 的 MOSFET

如果漏极电流很高,则源极和漏极之间的沟道电压也可能很高,因为不为零。如果它足够高以正向偏置体源二极管,那么您就不再有 MOSFET:您有一个 BJT。也不是你想要的。RDS(on)

在 CMOS 器件中,情况会变得更糟。在 CMOS 中,您有 PNPN 结构,它构成了一个寄生晶闸管。这就是闩锁的原因。

解决方法:将机身短接到源头。这会使寄生 BJT 的基极发射极短路,使其牢固地关闭。理想情况下,您不要通过外部引线执行此操作,因为“短路”也会具有较高的寄生电感和电阻,从而使寄生 BJT 的“延迟”不那么强。取而代之的是,您在模具上将它们短路。

这就是MOSFET不对称的原因。可能某些设计在其他方面是对称的,但要制造像 MOSFET 一样可靠运行的 MOSFET,您必须将其中一个 N 区域短接到主体。无论您这样做,它现在都是源,而您没有短路的二极管是“体二极管”。

实际上,这并不是分立晶体管特有的。如果您确实有一个 4 端子 MOSFET,那么您需要确保主体始终处于最低电压(或最高电压,对于 P 沟道器件)。在 IC 中,主体是整个 IC 的基板,通常接地。如果主体的电压低于源电压,则必须考虑主体效应如果你看一个 CMOS 电路,其中有一个源不接地(比如下面的 NAND 门),这并不重要,因为如果 B 为高,那么最下面的晶体管导通,而一个在它上面实际上确实有它的源连接到地。或者,B 为低电平,输出为高电平,而下面的两个晶体管中没有任何电流。

CMOS NAND原理图

除了 Phil 的回答之外,有时您会看到 MOSFET 的描述,它提供了更多不对称的细节

在此处输入图像描述

来自electronics-tutorials.wa

从基板(主体)到源的不对称链接显示为虚线。

从物理设备的角度来看,它们是相同的。但是,在生产分立 FET 时,由于衬底形成了一个内部二极管,其阴极在漏极,阳极在源极,因此必须使用标记的漏极端子作为漏极,标记的源极端子作为源极。