¿Cómo debo entender el diodo de cuerpo intrínseco dentro de un MOSFET?

Sé que hay un diodo de cuerpo intrínseco dentro de todos los MOSFET, pero estoy confundido acerca de la razón por la que está allí. He buscado en los artículos pero no puedo encontrar una buena explicación para ello. ¿Alguien puede usar la estructura NMOS "normal" (cuando digo normal, me refiero a la estructura estándar, dos n+ dopados son fuente y drenaje, y la puerta está en el centro para crear el canal N, no el tipo U o algo más) .....) y mostrar dónde está el diodo del cuerpo? ¡Muchas gracias!

Está ahí para proteger las aplicaciones que usan medios puentes para que el apagado inductivo BEMF del lado bajo (+ pico) conduzca a través del diodo del lado alto a Vdd.
@TonyEErocketscientist Haces que parezca que la estructura del diodo se agregó intencionalmente . El diodo es en realidad inherente a la construcción de un MOSFET común porque usamos aislamiento de unión para aislar la fuente y el drenaje del cuerpo y entre sí. En los MOSFET de 3 terminales, el cuerpo debe estar conectado a la fuente para evitar que el voltaje del cuerpo altere el voltaje de umbral. Los MOSFET construidos con tecnología de silicio sobre aislante (SOI) no tienen un diodo de cuerpo.
Esos ciertamente necesitan protección externa. Los diodos del cuerpo no son todos iguales y pueden mejorarse mediante opciones de dopaje para mejorar la capacitancia, la avalancha o el comportamiento zener.

Respuestas (3)

El diodo intrínseco del cuerpo es la unión pn entre el cuerpo y el drenaje. En un MOSFET discreto (independiente), la fuente y el cuerpo generalmente están unidos por conveniencia para hacer un paquete de tres pines. Esto significa que hay un diodo entre la fuente y el drenaje:

Diodo de cuerpo

Si el voltaje de la fuente siempre es más bajo que el voltaje del drenaje, el diodo permanece apagado y todo funciona como se espera. Esto significa que no puede (fácilmente) usar un MOSFET para cambiar una señal bidireccional. Los MOSFET discretos casi siempre se usan para la conmutación del lado bajo, por lo que esta limitación no es un gran problema en la práctica.

Puede ver que la fuente y el cuerpo están unidos en los símbolos esquemáticos estándar para MOSFET de tres terminales.

Símbolos esquemáticos MOSFET

Hola Adam, estoy un poco confundido con tu respuesta y la primera. En la respuesta de Los, el diodo que dibujaste no era un diodo de cuerpo, como se menciona en su respuesta. ¿Tienes alguna idea sobre esto? ¡Gracias!
Creo que Los está equivocado. El diodo que muestra en la estructura MOSFET vertical es el mismo diodo que se encuentra en un MOSFET plano: la unión pn entre el cuerpo y el drenaje, con el cuerpo y la fuente unidos. Puede estar pensando en circuitos integrados, donde los cuerpos/sustratos de los MOSFET están conectados a tierra en lugar de a las fuentes.
Para circuitos monolíticos, tener el mismo sustrato para todos los transistores es más conveniente que tener una fuente común o un drenaje común. Sin embargo, la mayoría de los MOSFET individuales se construyen como muchos MOSFET pequeños conectados en paralelo con un drenaje común, y se construyen con las fuentes en un lado y el drenaje en el otro.

Hay dos formas principales de construir mosfets:

El primero es este método más plano en el que se dopa el silicio existente y se cultiva el óxido de la puerta (imagen de wikipedia):

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

Esta es una estructura muy fácil de hacer y forma la columna vertebral de la mayoría de la lógica digital dentro de los circuitos integrados de hoy. Como notó, no hay nada que parezca un diodo aquí y, de hecho, no hay uno en cada mosfet. (Por lo general, hay algo así como un diodo entre el sustrato y los drenajes de los MOSFET en la oblea debido a cómo se crea CMOS con MOSFET de canal N y P en un solo dado, pero no me referiría a eso como el "cuerpo diodo" de un solo mosfet.)

Entonces, no hay diodo de cuerpo. ¿Por qué vemos que se habla tanto de diodos de cuerpo entonces? Esto se debe a que los mosfet discretos generalmente se construyen con la siguiente estructura (imagen de wikipedia):

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

Hay varias ventajas atractivas de este tipo de estructura MOSFET:

  • El área del canal de fuente-drenaje tiene un área de superficie grande, pero tampoco es muy gruesa en la dirección en que fluyen los electrones. Se pueden soportar corrientes mucho más altas con pérdidas resistivas mínimas. Puede obtener fácilmente resistencias de fuente de drenaje efectivas de menos de un ohmio con esta estructura.
  • Es muy fácil paralelizar este tipo de mosfet en silicio. Una marca popular, conocida como "HexFet", tiene cada una de estas celdas construidas como un hexágono y están colocadas en mosaico sobre el troquel de silicio dentro del paquete de energía.

Sin embargo, hay algunas desventajas:

  • Una capacitancia de puerta comparativamente alta. Le resultará difícil obtener velocidades de conmutación de GHz con esta estructura.
  • No es muy propicio para la fabricación en un circuito integrado utilizando técnicas tradicionales. Hoy en día es más común verlos incluidos en circuitos integrados como interruptores de carga integrados o reguladores de conmutación, pero en el pasado era difícil. Para aplicaciones de mayor corriente, aún debe usar un componente MOSFET separado.
  • Esa molesta unión PN entre la fuente y el drenaje, conocida como el "diodo del cuerpo". Por lo general, también es un diodo bastante malo, con una caída de voltaje razonablemente alta (0.8V-1.5V). La presencia de este diodo es solo un efecto secundario del diseño. Si desea alta corriente, obtendrá un diodo de cuerpo solo por cómo se deben construir las cosas.

El diodo del cuerpo es útil cuando se usa este tipo de mosfet para aplicaciones de energía con cargas inductivas (ya que el pico inverso puede fluir hacia atrás sobre el MOSFET), pero si lo está usando explícitamente para esa aplicación, la gente a menudo simplemente pegará un schottky también a través del mosfet, ya que el pulso hacia atrás a través del diodo del cuerpo no tan bueno del mosfet puede causar un calentamiento no deseado (caída de alto voltaje = más potencia disipada).

@ Los Frijoles Excelente respuesta, señor.
Hola Los, estoy confundido acerca de la respuesta que proporcionaste y la respuesta proporcionada por Adam a continuación. Parece que se está refiriendo a este diodo de cuerpo como resultado de conectar el cuerpo con el pin de fuente, lo que significa que hay un diodo de cuerpo en la primera estructura que publicaste.
-1, por supuesto que hay un diodo en la primera estructura, desde la fuente p+ tap, pasando por p sub, hasta la toma de drenaje n+.
-1 Los MOSFET planos tienen una estructura de diodo, desde el cuerpo hasta la fuente y el drenaje. Usted ha mostrado uno donde la fuente y el cuerpo están conectados entre sí con metal.
+1 1+año después. Esta es una buena respuesta, algo empañada por los 2 votos negativos de personas con conocimientos que no están de acuerdo (me parece) más en la terminología que en la naturaleza y el alcance del problema en el caso de la construcción lógica plana. Sugiero que puede valer la pena mirar sus comentarios y editar ligeramente la respuesta, probablemente en la dirección de encontrar un término medio un poco más detallado en las áreas en cuestión. || ...
Observo la existencia casi universal de "diodos de protección", también conocidos comúnmente como diodos de cuerpo en los circuitos integrados modernos que conducen de maneras que pueden causar problemas cuando Vpin se acerca a Vrail (alto o bajo). Esto es lo suficientemente real y lo suficientemente diodo (y lo suficientemente cuerpo). :-) para no ser fácilmente ignorado o descartado en las explicaciones, lo que parece en parte la objeción de los dos caballeros en cuestión.

El diodo del cuerpo se encuentra entre el sustrato (bulto/parte posterior del chip) y el drenaje/fuente/canal como un todo. Para que el FET funcione correctamente, debe ser no conductor. Esto generalmente se logra conectándolo con el contacto de origen.

No conectar el bulto no es una opción porque las características del canal se vuelven poco confiables en ese momento. Algunos FET tienen la mayor parte en un pin separado, por lo que puede conectar una fuente de voltaje entre ellos y la fuente para controlar las características del canal.

¿Cómo debo entender el diodo de cuerpo intrínseco dentro de un MOSFET?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 2v