Почему дискретные четырехконтактные МОП-транзисторы так трудно найти?

Я знаю, что MOSFET - это устройство с четырьмя терминалами, но почти у каждого отдельного MOSFET, который вы можете купить, его объем / корпус / подложка внутренне соединены с источником. Почему это? Это делает его неудобным для использования в определенных типах схем, например, при макетировании базовой конструкции ИС (для учебных целей), в которой все клеммы корпуса подключены либо к VCC, либо к земле. Разве дискретные 4-терминальные МОП-транзисторы не так полезны? Или есть какой-то простой способ имитировать их с помощью нескольких 3-терминальных полевых МОП-транзисторов?

Хотя полевые транзисторы на монолитной микросхеме симметричны, многие дискретные полевые транзисторы имеют совершенно другую структуру, которая пытается максимизировать полезную площадь поверхности, а также соединение исток / сток. Объемное соединение подложки на транзисторе или микросхеме обладает превосходной способностью обрабатывать ток, и если бы проектировали микросхему LSI NMOS, в которой для каждого отдельного транзистора требовалось привязать его источник или сток к общей точке, производительность, вероятно, была бы оптимизирована, если бы подложка служит источником или стоком для всех транзисторов. Большинство микросхем, однако, используют массовое соединение в качестве общей базы, тратя впустую свои способности по обработке тока, но позволяя соединениям истока и стока каждого транзистора быть независимыми.

Типичным «дискретным» MOSFET фактически будет не один транзистор, а десятки или сотни транзисторов параллельно. Поскольку предполагается, что все транзисторы соединены между собой, использование подложки в качестве стока не вызовет тех же конструктивных проблем, что и в микросхеме LSI. Поскольку подложка может быть очень прочно соединена с внешним выводом, такая конструкция улучшит проводимость стока, а также устранит необходимость использования металла на верхней стороне для подключения стока, что позволит использовать больше металла для подключения источников. , К сожалению, если транзисторы расположены так, что все их источники образуют «сетку» (хорошо для связи), это оставит их базы в виде изолированных островков. Хотя можно было бы запустить металлические гусеницы, чтобы соединить все базы вместе, для этого потребуется либо разделить металл, соединенный с источником, на множество полос (ухудшение характеристик), либо добавить дополнительный металлический слой и дополнительный изолирующий слой (значительно увеличивая стоимость). Поскольку каждая базовая секция имеет металлический слой для подключения источника, расположенный прямо над ней, гораздо проще просто иметь основания, а также источники, соединяющиеся с этим.

Это так, потому что если вы работаете с полевым МОП-транзистором, как это обычно делается (смещенный диод в обратном направлении), то не будет никакой разницы, если основная часть подключена к источнику или к напряжению, которое является еще более отрицательным (N-канальный), относительно более положительным ( P-канал), чем источник.

Если вы хотите построить свои собственные логические вентили, шлюзы передачи и т. Д. С помощью одного N- и P-канального MOSFETS, вероятно, вы ищете CMOS-IC 4007, хотя не все из 6 включенных MOSFET могут быть подключены совершенно случайно (одна пара P- / N-каналов настроена как инвертор, одна пара частично подключена к V + и GND; только одна пара полностью свободна).

Вот примеры .

«Разве дискретные 4-терминальные полевые транзисторы не так полезны?»

Некоторые потенциальные применения включают трансляцию логического уровня и защиту IC. Четвертый контакт изменяет действие встроенного диода тела с того, который закорачивает выходной сигнал на вход (или наоборот), делающий схему асимметричным, на диод, который смещен для сигналов положительного напряжения. Если вы посмотрите таблицу данных для Phillips GTL2000, вы обнаружите, что четвертый терминал внутри ИС символически привязан к земле, как и в физической конструкции. Если вы хотите дублировать это с дискретными устройствами, вам нужно, чтобы четвертый терминал был отдельным. Это позволяет выполнять тот же тип трансляции и защиты без строго ограничивающего абсолютного максимального напряжения, а также изменять другие параметры, такие как максимальный ток, RDS и т. Д. Этого устройства. GTL2000 имеет 23 полевых транзистора (22 для данных, один для хитрой уловки смещения), связанный с источниками и стоками, каждый из которых выведен на отдельные контакты, все соединения корпуса выведены на один и тот же вывод (заземление), и все соединения затворов связаны вместе и выведены на один вывод, который будет привязан к напряжению, которое создает желаемое напряжение зажима. Другие микросхемы, которые используются аналогичным образом, имеют аналогично ограниченные характеристики, за исключением одной от максима, которая допускает более высокие напряжения, но имеет две последовательные линии (с более высоким RDSon для положительного и отрицательного напряжения) и требует отрицательного напряжения смещения, или более низкий предел зажима исключает логический уровень 0. В результате, если вам нужен двунаправленный логический ограничитель уровня и входная защита, которая защитит устройство от случайных подключений до 13,8 В, вам необходимо накатить свое. Кто-то уже упомянул приложение аналогового коммутатора mosfet, которые могут быть расширены для охвата множества отдельных приложений. А в некоторых случаях отдельные выводы источника и выступы корпуса могут позволить теплоотводу с высокой стороны и плавающим транзисторам на плоскость заземления печатной платы без изолятора, а устройства для поверхностного монтажа могут быть припаяны к плоскости заземления. Но это может не дать желаемых преимуществ из-за более высокого внутреннего сопротивления.

Учитывая, что большинство инженеров, вероятно, никогда не держали в руках устройство с 4 терминалами, существует много умных приложений, которые не могли бы быть ограничены поставкой.

Вполне вероятно, что производители не хотят использовать более дорогой пакет (4 контакта против 3) для режима работы, который имеет пониженную производительность (эффект "затвора"), который будет использовать очень мало людей.

Я подвергаю сомнению даже обоснованность беспокойства по поводу этой детали, когда любой дискретный транзистор настолько удален по производительности от встроенного транзистора, что это может поставить под сомнение любое сравнение производительности. Просто назовите это еще одна вещь, чтобы добавить в список различий и использовать его в качестве учебного опыта.

нет никакой разницы, если Bulk подключен к источнику или к напряжению ... ", абсолютно не соответствует действительности. Существует обратный эффект задней задержки, при котором объем модулирует канал с задней стороны. Это причина, по которой NMOS в P-субстрат, используемый в последователе эмиттера, всегда дает вам усиление 0,8, а не 1,0. - заполнитель 4 ноября 14 в 15:33

@placeholder: Хорошо, скажем, в большинстве приложений нет разницы ... (как я сказал "нормально"). - Творог 4 ноября в 15:42

@placeholder: Полагаю, вы имеете в виду источник-последователь (а не подписчик-эмиттер) - Творог, 4 ноября '14 в 15:45

Да, источник не излучатель ... И во всех случаях это проявляется и заметно. Так нормально, когда присутствует эффект тела. Только транзисторы FD-SOI не имеют этого эффекта (но у них есть другие проблемы) - заполнитель 4 ноября '14 в 15:49

... но не во всех случаях это имеет значение вообще; как в примерах, которые я привел, и для целей я могу предположить, что OP будет использовать его. - Творог 4 ноября 14 года в 15:57

Вы, ребята, скучаете по этому. Конечно, есть разница в производительности из-за эффекта тела. Но функционально говоря, подложка должна иметь самое отрицательное напряжение в цепи для NMOS и самое положительное напряжение в цепи для PMOS. В противном случае PN-переход от источника к подложке или от стока к подложке может стать прямым смещенным PN-переходом, и у вас больше не будет функционирующего полевого транзистора.

И если вы привязываете тело к источнику и хотите использовать NFET, скажем, для переключателя выборки, что будет, если напряжение стока станет ниже напряжения источника? OOPS? Когда корпус подключен к источнику, вы не можете допустить, чтобы напряжение стока упало ниже напряжения источника. Или пока пока FET и привет диод.