Wie soll ich die intrinsische Body-Diode in einem MOSFET verstehen?

Ich weiß, dass sich in allen MOSFETs eine intrinsische Body-Diode befindet, aber ich bin verwirrt über den Grund, warum sie dort ist. Ich habe die Artikel durchsucht, kann aber keine gute Erklärung dafür finden. Kann jemand die "normale" NMOS-Struktur verwenden (wenn ich normal sage, meine ich die Standardstruktur, zwei n + -dotierte Source und Drain, und das Gate befindet sich in der Mitte, um den N-Kanal zu erzeugen, nicht den U-Typ oder etwas anderes .....) und zeigen, wo die Body-Diode ist? Danke vielmals!

Es ist dazu da, Anwendungen mit Halbbrücken zu schützen, sodass die induktive Abschaltung (+ Spitze) der BEMF auf der niedrigen Seite durch die Diode auf der hohen Seite zu Vdd leitet.
@TonyEErocketscientist Sie lassen es so klingen, als ob die Diodenstruktur absichtlich hinzugefügt wurde . Die Diode ist eigentlich in der Konstruktion eines gewöhnlichen MOSFETs enthalten, da wir eine Sperrschichtisolierung verwenden, um Source und Drain vom Körper und voneinander zu isolieren. Bei MOSFETs mit 3 Anschlüssen muss der Körper mit der Source verbunden werden, um zu verhindern, dass die Körperspannung die Schwellenspannung ändert. MOSFETs, die mit SOI-Technologie (Silicon on Insulator) aufgebaut sind, haben keine Body-Diode.
Diese benötigen sicherlich einen externen Schutz. Die Body-Dioden sind nicht alle gleich und können durch Dotierungsoptionen verbessert werden, um entweder das Kapazitäts-, Avalanche- oder Zener-Verhalten zu verbessern.

Antworten (3)

Die intrinsische Body-Diode ist der pn-Übergang zwischen dem Body und dem Drain. In einem diskreten (eigenständigen) MOSFET sind Source und Body normalerweise der Einfachheit halber miteinander verbunden, um ein dreipoliges Gehäuse herzustellen. Dies bedeutet, dass sich zwischen Source und Drain eine Diode befindet:

Körperdiode

Wenn die Source-Spannung immer niedriger als die Drain-Spannung ist, bleibt die Diode ausgeschaltet und alles funktioniert wie erwartet. Dies bedeutet, dass Sie einen MOSFET nicht (einfach) zum Schalten eines bidirektionalen Signals verwenden können. Diskrete MOSFETs werden fast immer für Low-Side-Schaltungen verwendet, sodass diese Einschränkung in der Praxis keine große Rolle spielt.

Sie können sehen, dass Source und Body in den standardmäßigen Schaltplansymbolen für MOSFETs mit drei Anschlüssen miteinander verbunden sind.

MOSFET-Schaltplansymbole

Hallo Adam, ich bin ein wenig verwirrt mit Ihrer Antwort und der ersten. In Los 'Antwort war die Diode, die Sie gezeichnet haben, keine Körperdiode, wie in seiner Antwort erwähnt. Haben Sie irgendwelche Gedanken darüber? Vielen Dank!
Ich glaube, Los irrt sich. Die Diode, die er in der vertikalen MOSFET-Struktur zeigt, ist die gleiche Diode, die in einem planaren MOSFET zu finden ist – der pn-Übergang zwischen Body und Drain, wobei Body und Source miteinander verbunden sind. Er denkt vielleicht an integrierte Schaltkreise, bei denen die Körper/Substrate der MOSFETs alle mit Masse statt mit den Sources verbunden sind.
Für monolithische Schaltungen ist es bequemer, das gleiche Substrat für alle Transistoren zu haben, als es mit einer gemeinsamen Source oder einem gemeinsamen Drain wäre. Die meisten einzelnen MOSFETs sind jedoch als viele kleine MOSFETs aufgebaut, die parallel mit einem gemeinsamen Drain verdrahtet sind, und sie sind mit den Sources auf der einen Seite und dem Drain auf der anderen Seite aufgebaut.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Mosfets zu konstruieren:

Die erste ist diese eher planare Methode, bei der vorhandenes Silizium dotiert und das Gate-Oxid aufgewachsen wird (Bild aus Wikipedia):

https://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET

Dies ist eine sehr einfach herzustellende Struktur und bildet heute das Rückgrat der meisten digitalen Logik in integrierten Schaltungen. Wie Sie bemerkt haben, gibt es hier nichts, was wie eine Diode aussieht, und tatsächlich: Es gibt keine auf jedem Mosfet. (Normalerweise befindet sich zwischen dem Substrat und den Drains der MOSFETs auf dem Wafer so etwas wie eine Diode, da CMOS sowohl mit N- als auch mit P-Kanal-MOSFETs auf einem einzigen Chip erzeugt wird, aber ich würde das nicht als "Körper" bezeichnen Diode" eines einzelnen Mosfet.)

Also keine Bodydiode. Warum wird dann so viel über Body-Dioden gesprochen? Dies liegt daran, dass diskrete Mosfets normalerweise mit der folgenden Struktur aufgebaut sind (Bild aus Wikipedia):

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_MOSFET

Es gibt mehrere attraktive Vorteile dieser Art von MOSFET-Struktur:

  • Der Source-Drain-Kanalbereich hat eine große Oberfläche, ist aber auch nicht sehr dick in der Richtung, in der die Elektronen fließen. Weitaus höhere Ströme können mit minimalen Widerstandsverlusten unterstützt werden. Mit dieser Struktur können Sie problemlos effektive Drain-Source-Widerstände von weniger als einem Ohm erzielen.
  • Es ist sehr einfach, diese Art von Mosfet in Silizium zu parallelisieren. Eine beliebte Marke, bekannt als "HexFet", hat jede dieser Zellen als Sechseck gebaut und sie sind über den Siliziumchip im Inneren des Leistungspakets gekachelt.

Es gibt jedoch einige Nachteile:

  • Eine vergleichsweise hohe Gate-Kapazität. Mit dieser Struktur werden Sie es schwer haben, GHz-Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen.
  • Es ist nicht sehr förderlich für die Herstellung in einer integrierten Schaltung unter Verwendung traditioneller Techniken. Heutzutage ist es üblicher, diese in ICs wie integrierten Lastschaltern oder Schaltreglern zu sehen, aber in der Vergangenheit war es schwierig. Für Anwendungen mit höherem Strom müssen Sie immer noch eine separate MOSFET-Komponente verwenden.
  • Dieser lästige PN-Übergang zwischen Source und Drain, bekannt als "Body-Diode". Es ist normalerweise auch eine ziemlich schlechte Diode mit einem ziemlich hohen Spannungsabfall (0,8 V-1,5 V). Das Vorhandensein dieser Diode ist nur ein Nebeneffekt des Designs. Wenn Sie einen hohen Strom wünschen, erhalten Sie eine Body-Diode, nur weil die Dinge gebaut werden müssen.

Die Body-Diode ist praktisch, wenn diese Art von Mosfet für Leistungsanwendungen mit induktiven Lasten verwendet wird (da die Rückwärtsspitze einfach rückwärts über den MOSFET fließen kann), aber wenn Sie sie explizit für diese Anwendung verwenden, kleben die Leute oft nur einen Schottky auch über den Mosfet, da der Rückwärtsimpuls über die nicht so große Körperdiode des Mosfets eine unerwünschte Erwärmung verursachen kann (hoher Spannungsabfall = mehr Verlustleistung).

@ Los Frijoles Hervorragende Antwort, Sir.
Hallo Los, ich bin verwirrt über die Antwort, die Sie gegeben haben, und die Antwort von Adam unten. Es sieht so aus, als ob er sich auf diese Body-Diode bezieht, weil er den Body mit dem Source-Pin verbunden hat, was bedeutet, dass sich in der ersten von Ihnen geposteten Struktur eine Body-Diode befindet.
-1, natürlich gibt es eine Diode in der ersten Struktur, vom Source-p+-Abgriff über psub bis zum n+-Drain-Abgriff.
-1 Planare MOSFETs haben eine Diodenstruktur, vom Körper zu Source und Drain. Sie haben zufällig einen gezeigt, bei dem Quelle und Körper durch Metall miteinander verbunden sind.
+1 1+ Jahr später. Dies ist eine gute Antwort, die etwas durch die zwei Ablehnungen von sachkundigen Personen beeinträchtigt wird, die sich (wie es mir scheint) eher in der Terminologie als in der Art und dem Umfang des Problems im Fall der planaren Logikkonstruktion widersprechen. Ich schlage vor, dass es sich lohnen könnte, sich ihre Kommentare anzusehen und die Antwort leicht zu bearbeiten - wahrscheinlich in die Richtung, in den betroffenen Bereichen einen etwas detaillierteren Mittelweg zu finden. || ...
Ich stelle die nahezu universelle Existenz von "Schutzdioden" fest, die in modernen ICs auch allgemein als Körperdioden bezeichnet werden und auf eine Weise leiten, die Probleme verursachen kann, wenn sich Vpin Vrail (hoch oder niedrig) nähert. Dies ist real genug und Diode genug (und Körper genug :-) in Erklärungen nicht einfach ignoriert oder abgetan zu werden, was teilweise der Einwand der beiden betroffenen Herren zu sein scheint.

Die Body-Diode befindet sich zwischen dem Substrat (Bulk/Rückseite des Chips) und Drain/Source/Kanal als Ganzes. Damit der FET richtig funktioniert, muss er nicht leitend sein. Dies wird normalerweise durch Verbinden mit dem Source-Kontakt erreicht.

Die Masse nicht zu verbinden ist keine Option, da die Eigenschaften des Kanals dann unzuverlässig werden. Einige FETs haben den Bulk auf einem separaten Pin, sodass Sie eine Spannungsquelle zwischen ihn und die Source schalten können, um die Eigenschaften des Kanals zu steuern.

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