Чому MOSFET спрацьовує Vgs, а не Vgd?

Уважно переглядаючи цю діаграму одного типу MOSFET:

(знайдено в цій примітці до програми )

Ми можемо бачити, що пристрій практично симетричний. Що змушує ворота посилатися на джерело, а не на злив?

Крім того, чому б окис затвора руйнувався на 20 V Vgs, а не на 20V Vgd?

(Не питання домашнього завдання. Просто цікавість.)

Оскільки малюнок 1, який ви розмістили, стосується 4-кінцевого пристрою, а не 3-кінцевого пристрою. Якщо ви подивитеся на схематичний символ на малюнку 1, ви зауважите, що термінал тіла - це окремий термінал, не підключений до вихідного терміналу. У продажу MOSFET - це майже завжди 3-кінцеві пристрої, де джерело та тіло з'єднані між собою.

Якщо пам'ять слугує мені правильно (не впевнений на 100% - здається, це підтверджується цим роздатковим матеріалом ), у 4-кінцевому пристрої немає різниці між джерелом і зливом, і саме напруга на корпусі затвора визначає стан увімкнення каналу - із застереженням про те, що тіло має бути найбільш негативною напругою в ланцюзі для N-канального пристрою, або найбільш позитивною напругою в ланцюзі для пристрою P-каналу.

( редагувати: знайдено посилання на фізику пристрою MOSFET . Поведінка джерела зливання джерела все ще симетрична, але залежить як від напруги джерела затвора, так і від напруги зливу воріт. У N-каналі, якщо обидва негативні, канал не проводить. Якщо один більше порогової напруги, то ви отримуєте поведінку насичення (постійний струм). Якщо обидва більше порогової напруги, ви отримуєте триодну поведінку (постійний опір). Тіло / об'єм / підкладка все одно має бути найнегативнішим напруга в ланцюзі, тому для отримання зворотної поведінки в ланцюзі, тіло + стік потрібно було б зв'язати між собою.

У пристрої P-каналів ця полярність зворотна.)

Подивіться уважно на звичайні схематичні символи для N- та P-канальних MOSFET ( з Вікіпедії ):

і дані Вікіпедії про функціонування MOSFET , і ви побачите з'єднання "тіло-джерело".

Симетричний поперечний переріз, як його зазвичай малюють, не зовсім узгоджується з реальною структурою, яка є дуже асиметричною. Насправді це виглядає приблизно так:

$I_D$$V_{GD}$

Робота даного MOSFET визначається напругами на відповідних електродах (злив, джерело, ворота, корпус).

Згідно з підручником в NMOS з двох електродів, "підключених до каналу" (між якими в "нормальних" обставинах протікає струм), той, що підключається до нижнього потенціалу, називається джерелом, а той, що підключається до вищого - зливається. Навпаки стосується ПМОС (вищий потенційний джерело, менший стік потенціалу).

Потім, використовуючи цю умову, представляються всі рівняння або тексти, що описують роботу пристрою. Це означає, що кожен раз, коли автор тексту про NMOS каже щось про джерело (-и) транзистора, він думає про електрод, підключений до нижнього потенціалу.

Тепер виробники пристроїв, швидше за все, вирішать викликати штифти джерела / зливу на своїх пристроях, виходячи з передбачуваної конфігурації, в якій MOSFET буде \ розміщений у кінцевій схемі. Наприклад, в NMOS-контактний штир, як правило, підключений до нижнього потенціалу, буде називатися джерелом.

Отже, це залишає два випадки:

A) Пристрій MOS симетричний - це стосується більшості технологій, в яких VLSI IC виробляються.

B) Пристрій MOS асиметричний (приклад vmos) - це стосується деяких (більшості?) Дискретних пристроїв живлення

У випадку A) - не має значення, яка сторона транзистора підключена до більш високого / нижчого потенціалу. Пристрій буде виконувати однаково в обох випадках (і який електрод викликати джерело, а який стік - це лише умова).

У випадку B) - не важливо (очевидно), яка сторона пристрою підключена до якого потенціалу, оскільки пристрій оптимізовано для роботи в заданій конфігурації. Це буде означати, що "рівняння", що описують роботу пристрою, будуть різними у випадку, якщо штир, який називається "джерело", підключений до нижчої напруги, а потім порівняно з випадком, коли він підключений до вищої.

У вашому прикладі пристрій, швидше за все, було розроблено несиметрично для оптимізації певних параметрів. Гальмувальна напруга «джерело-джерело» було знижено як компромісне, щоб отримати кращий контроль над струмом каналу, коли напруга керування застосовується між штифтами, що називаються воротами та джерелами.

Редагувати: Оскільки є сильно зауваження щодо симетрії моза, тут йдеться з цитатою Бехзада Разаві "Дизайн аналогових циркуляцій CMOS" стор.12

Для MOSFET потрібні дві речі для протікання струму: носії заряду в каналі та градієнт напруги між джерелом та зливом. Отже, у нас є тривимірний простір поведінки. Характеристика стоку-джерела виглядає приблизно так:

Припустимо, у нас транзистор nmos, а основна маса та джерело знаходяться на 0V. Давайте також встановимо високу напругу зливу, скажімо, 5В. Якщо ми змістимо напругу на затворі, ми отримаємо щось таке:

Для того, щоб у каналі було велика кількість носіїв заряду, нам потрібна область виснаження, що з'єднує джерело і стік, і нам також потрібно витягнути з джерела купу носіїв. Якщо джерело і затвор однакові напруги, це означає, що більшість каналів також по суті є такою ж напругою, що і джерело, і носіям необхідно дифундувати більшу частину шляху через транзистор, перш ніж вони можуть "впасти" в злив. Якщо напруга на джерелі затвора буде досить високим, градієнт напруги буде більш значущим біля джерела, і носії будуть витягнуті в канал, що дозволить отримати більшу кількість населення.

Мої 2 копійки коштують: порівнюючи з біполярами, я знаю, що ви можете поміняти місцями C і E, і він все ще працює, але з меншими показниками hFE та різними напругами: VBE зазвичай може бути максимум від 5 до 7В; VCB такий же, як VCE або більше (див., Наприклад, таблицю даних BC556 від Fairchild, яка вказує VCBO, який навіть вище, ніж VCEO). Фізично існує велика різниця між С та Е (розмір, форма та / або допінг), що пояснює асиметрію фігур. І я це бачив і в лабораторії. Час від часу трапляється, що хтось випадково обміняє C і E і дивується, що це все ще працює, але не дуже добре.

Було б цікаво, якби хтось отримав графік ідентифікатора (і RDSon) проти VGD для (потужний N-канал MOSFET. На даний момент не отримав доступ до лабораторії.