MOSFET: क्यों नाली और स्रोत अलग हैं?

Question

क्यों MOSFET के स्रोत टर्मिनल को अलग ढंग से कार्य करते हैं क्योंकि उनकी शारीरिक संरचना समान / सममित है?

यह एक MOSFET है:

आप देख सकते हैं कि नाली और स्रोत समान हैं।
तो मुझे उनमें से एक को वीसीसी और दूसरे को जीएनडी से जोड़ने की आवश्यकता क्यों है?

Answer 1

मिथक: मैन्युफैक्चरिंग आंतरिक घटकों में आंतरिक डायोड लगाने के लिए विश्वास करता है ताकि केवल आईसी डिजाइनर 4-टर्मिनल एमओएसएफईटी के साथ साफ-सुथरा काम कर सकें।

सच्चाई: 4-टर्मिनल MOSFETs बहुत उपयोगी नहीं हैं।

कोई भी पीएन जंक्शन एक डायोड है (डायोड बनाने के अन्य तरीकों के बीच)। एक MOSFET में उनमें से दो हैं, यहीं:

पी-डॉप्ड सिलिकॉन का वह बड़ा हिस्सा शरीर या सब्सट्रेट है । इन डायोड को ध्यान में रखते हुए, कोई भी यह देख सकता है कि शरीर हमेशा स्रोत या नाली की तुलना में कम वोल्टेज पर है। अन्यथा, आप डायोड को फॉरवर्ड-बायस करते हैं, और संभवतः वह नहीं है जो आप चाहते थे।

लेकिन यह खराब हो जाता है, रुको! BJT NPN सामग्रियों की तीन परत वाला सैंडविच है, है ना? MOSFET में एक BJT भी शामिल है:

$R_{DS(on)}$

CMOS उपकरणों में, यह और भी खराब हो जाता है। सीएमओएस में, आपके पास पीएनपीएन संरचनाएं हैं, जो एक परजीवी थायरिस्टर बनाती हैं। यही कारण है कि कुंडी ।

समाधान: शरीर को स्रोत तक कम। यह परजीवी BJT के बेस-एमिटर को शॉर्ट करता है, इसे मजबूती से पकड़ता है। आदर्श रूप से आप बाहरी लीड्स के माध्यम से ऐसा नहीं करते हैं, क्योंकि तब "शॉर्ट" में भी उच्च परजीवी इंडक्शन और प्रतिरोध होगा, जिससे परजीवी BJT की "पकड़" इतनी मजबूत नहीं होगी। इसके बजाय, आप उन्हें मरने के लिए ठीक है।

यही कारण है कि MOSFETs सममित नहीं हैं। यह हो सकता है कि कुछ डिज़ाइन अन्यथा सममित हैं, लेकिन एक MOSFET बनाने के लिए जो MOSFET की तरह मज़बूती से व्यवहार करता है, आपको उन एन क्षेत्रों में से एक को शरीर में कम करना होगा। जो भी आप ऐसा करते हैं, वह अब स्रोत है, और जिस डायोड को आपने छोटा नहीं किया, वह है "बॉडी डायोड"।

यह वास्तव में ट्रांजिस्टर असतत करने के लिए कुछ खास नहीं है। यदि आपके पास 4-टर्मिनल MOSFET है, तो आपको यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि शरीर हमेशा सबसे कम वोल्टेज पर (या पी-चैनल उपकरणों के लिए) उच्चतम है। आईसीएस में, शरीर पूरे आईसी के लिए सब्सट्रेट है, और यह आमतौर पर जमीन से जुड़ा होता है। यदि शरीर स्रोत से कम वोल्टेज पर है, तो आपको शरीर के प्रभाव पर विचार करना चाहिए । यदि आप एक CMOS सर्किट पर नज़र डालते हैं, जहाँ एक स्रोत जमीन से जुड़ा नहीं है (जैसे नीचे NAND गेट), तो यह वास्तव में मायने नहीं रखता है, क्योंकि यदि B उच्च है, तो सबसे कम ट्रांजिस्टर चालू है, और एक इसके ऊपर वास्तव में इसका स्रोत जमीन से जुड़ा होता है। या, बी कम है, और आउटपुट अधिक है, और निचले दो ट्रांजिस्टर में कोई करंट नहीं है।

Comments

एनएफईटी में यह स्पष्ट रूप से आवश्यक है कि स्रोत और नाली की क्षमता शरीर की क्षमता से कम नहीं है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि स्रोत और नाली को एक दूसरे के सापेक्ष एक निश्चित ध्रुवता होना चाहिए। यह शायद ही कभी ऐसी स्थिति होती है जहां कोई दो बिंदुओं को जोड़ना या डिस्कनेक्ट करना चाहता है, दोनों हमेशा कुछ "ग्राउंड" बिंदु से अधिक होंगे, लेकिन दोनों में से कोई भी एक दूसरे से अधिक हो सकता है। उसके लिए दो MOSFETs का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन अगर यह "चार टर्मिनल MOSFET" काम कर सकता है तो कुछ हद तक बेकार लगेगा।

— सुपरकैट

@supercat यकीन है, लेकिन तब आपको परजीवी कैपेसिटेंस और इंडेक्सेशन के लिए ध्यान देना होगा और अपने सर्किट का विश्लेषण करके यह गारंटी देनी होगी कि स्रोत और नाली उच्च डीवी / डीटी या डीएटी / डीटी की उपस्थिति में भी शरीर की तुलना में अधिक क्षमता पर बने रहें। यह देखते हुए कि ये परजीवी कई मामलों में लेआउट और विनिर्माण भिन्नता पर निर्भर हैं, कई मामलों में जो फ्लोटिंग गेट ड्राइवर को डिज़ाइन करने और साधारण 3-टर्मिनल MOSFET का उपयोग करने के विकल्प से अधिक कठिन लगता है।

— फिल फ्रॉस्ट

कई सर्किट हैं जहां तीन-टर्मिनल एमओएसएफईटी सिर्फ महान हैं। हालांकि, कई बार दो दिशाओं में करंट स्विच करना आवश्यक होता है। एक बैक-टू-बैक MOSFETs का उपयोग कर सकता है, लेकिन यह कुछ हद तक बेकार लगता है। यह हो सकता है कि एक स्रोत / सब्सट्रेट कनेक्शन ज्यामिति को संसाधित करने के लिए इतना फायदेमंद है कि किसी दिए गए RDSon और वर्तमान-हैंडलिंग क्षमता के साथ एक बैक-टू-बैक जोड़ी को एक एकल-पृथक MOSFET की तुलना में सस्ता बनाया जा सकता है, जिस स्थिति में यह वास्तव में व्यर्थ नहीं होना चाहिए, लेकिन मुझे नहीं पता कि यह मामला है या नहीं।

— सुपरकैट

हम्म। क्यों परजीवी BJT एक PNP के बजाय एक NPN है, और क्यों यह एक स्रोत से नाली के बजाय नाली से स्रोत की ओर संकेत करता है? दूसरे शब्दों में, विषमता कहाँ से आती है?

— जेसन एस

@ जैसन यह एक एनपीएन है, क्योंकि सिलिकॉन कैसे डोप होता है। चित्र को देखें और आप पढ़ सकते हैं: "n", "p", "n"। कोई विषमता नहीं है: मैंने सिर्फ मनमाने ढंग से प्रतीक को एक तरह से खींचने के लिए चुना है, लेकिन इससे कोई फर्क नहीं पड़ता क्योंकि BJT का कुछ लाभ है भले ही आप इसे उल्टा पलटें, खासकर तब जब आप जिस BJT की बात कर रहे हैं वह परजीवी है MOSFET और अधिकतम लाभ एक डिजाइन लक्ष्य नहीं था।

— फिल फ्रॉस्ट

Answer 2

फिल के जवाब के आगे, कभी-कभार आपको एक MOSFET का चित्रण दिखाई देगा जो विषमता का अधिक विवरण देता है

^{से इलेक्ट्रॉनिक्स-tutorials.wa}

सब्सट्रेट (शरीर) से स्रोतों तक असममित लिंक को बिंदीदार रेखा के रूप में दिखाया गया है।

Comments

असतत MOSFETs की ज्यामिति एकीकृत लोगों से बहुत अलग है; जबकि एक एकीकृत NFET में P- सब्सट्रेट होगा, कई असतत MOSFETs में N- प्रकार सब्सट्रेट होता है जो ट्रांजिस्टर के एक तरफ नाली से जुड़ा होता है ; आधार (जो एक एकीकृत MOSFET के सब्सट्रेट की तरह व्यवहार करता है) और स्रोत ट्रांजिस्टर के दूसरी तरफ जुड़े हुए हैं।

— सुपरकाट

Answer 3

एक भौतिक उपकरण के दृष्टिकोण से, वे समान हैं। हालांकि, जब असतत FET का उत्पादन किया जाता है, तो सब्सट्रेट द्वारा गठित एक आंतरिक डायोड होता है, जिसके स्रोत पर नाली और एनोड पर इसके कैथोड होते हैं, इसलिए आपको स्रोत के रूप में चिह्नित नाली टर्मिनल को नाली और चिह्नित टर्मिनल टर्मिनल का उपयोग करना चाहिए।