¿Por qué la fuente MOSFET se indica con una flecha?

Los MOSFET IC no son lo mismo que sus contrapartes discretas

Tiene razón en que los MOSFET de cuatro terminales de difusión lateral (como los que componen los circuitos integrados CMOS) son dispositivos simétricos: el sustrato o pozo está conectado por separado al potencial más bajo o más alto (según el tipo de FET que tenga) en el circuito, mientras que la fuente se puede elevar por encima/bajar por debajo del potencial del sustrato/pozo.

Sin embargo , el 99 % de los MOSFET discretos fabricados a lo largo de la historia y el 100 % de los MOSFET discretos en la producción actual utilizan una estructura diferente : en lugar de tener la fuente y el drenaje uno al lado del otro, el drenaje está en la parte inferior y la fuente está en la parte superior, con la puerta cortada en el FET. Esto se denomina MOSFET vertical y se muestra a continuación en su forma moderna (es decir, una estructura MOS de trinchera: los primeros MOSFET verticales usaban una ranura en V para la puerta en lugar de la trinchera). Estas estructuras son inherentemente asimétricas y también se prestan para conectarse al sustrato a la fuente, formando así el cuerpo de diodo que es una parte sorprendentemente útil de un dispositivo MOS de potencia.

La flecha no indica la dirección del flujo de corriente, indica la unión PN entre el cuerpo y el canal.

Si usa el símbolo de 4 terminales, de hecho, a menudo es simétrico:

En el diseño de circuitos integrados, los kits de diseño deberían darle la opción de usar estos símbolos o algo parecido, porque el cuerpo generalmente estará vinculado al potencial más bajo o más alto en todo el circuito integrado (tal vez con aún más flexibilidad para dispositivos PMOS en un n- bien proceso), no necesariamente al mismo terminal que la fuente.

En un diseño discreto, generalmente está limitado a conectar el cuerpo al mismo terminal que la fuente.

Cualquier unión PN es un diodo (entre otras formas de hacer diodos). Un MOSFET tiene dos de ellos, justo aquí:

Ese gran trozo de silicio dopado con P es el cuerpo o el sustrato. Teniendo en cuenta estos diodos, se puede ver que es muy importante que el cuerpo siempre tenga un voltaje más bajo que la fuente o el drenaje. De lo contrario, polariza hacia adelante los diodos, y eso probablemente no sea lo que quería.

¡Pero espera, se pone peor! Un BJT es un sándwich de tres capas de materiales NPN, ¿verdad? Un MOSFET también contiene un BJT:

Si la corriente de drenaje es alta, entonces el voltaje a través del canal entre la fuente y el drenaje también puede ser alto, porque RDS(on)RDS(on) no es cero. Si es lo suficientemente alto como para polarizar hacia adelante el diodo de la fuente del cuerpo, ya no tiene un MOSFET: tiene un BJT. Eso tampoco es lo que querías.

En dispositivos CMOS, se pone aún peor. En CMOS, tiene estructuras PNPN, que forman un tiristor parásito. Esto es lo que causa el bloqueo.

Solución: acortar el cuerpo a la fuente. Esto pone en cortocircuito el emisor base del BJT parásito, manteniéndolo firmemente alejado. Idealmente, no haga esto a través de cables externos, porque entonces el "corto" también tendría una alta inductancia y resistencia parásitas, lo que haría que la "retención" del BJT parásito no fuera tan fuerte. En cambio, los acortas justo en el dado.

Esta es la razón por la que los MOSFET no son simétricos. Puede ser que algunos diseños sean simétricos, pero para hacer un MOSFET que se comporte de manera confiable como un MOSFET, debe acortar una de esas N regiones al cuerpo. Cualquiera que le haga eso, ahora es la fuente, y el diodo que no cortocircuitó es el "diodo del cuerpo".

En realidad, esto no es nada específico de los transistores discretos. Si tiene un MOSFET de 4 terminales, debe asegurarse de que el cuerpo esté siempre en el voltaje más bajo (o más alto, para dispositivos de canal P). En los circuitos integrados, el cuerpo es el sustrato de todo el circuito integrado y, por lo general, está conectado a tierra. Si el cuerpo tiene un voltaje más bajo que la fuente, entonces debe considerar el efecto del cuerpo. Si observa un circuito CMOS donde hay una fuente no conectada a tierra (como la puerta NAND a continuación), en realidad no importa, porque si B es alto, entonces el transistor más bajo está encendido y el arriba, en realidad tiene su fuente conectada a tierra. O B es bajo y la salida es alta y no hay corriente en los dos transistores inferiores.

Recopilado de: MOSFET: ¿Por qué el drenaje y la fuente son diferentes?

FYI: Estoy demasiado satisfecho con esta respuesta detallada que pensé que esto debería estar aquí. Gracias a Phil Frost

La fuente y el drenaje no siempre son iguales, esto es cierto en particular para los dispositivos discretos, pero también hay una serie de transistores integrados con una estructura diferente para la fuente y el drenaje.

Los transistores integrados son muy a menudo simétricos, el drenaje y la fuente se pueden usar indistintamente. La flecha en el terminal "fuente" se usa para indicar el tipo de transistor (NMOS o PMOS) y se usa para asignarlo correctamente a los modelos de transistores subyacentes que a veces tienen referencia de fuente. Por supuesto, los terminales se pueden usar con drenaje y fuente intercambiados y el modelo de transistor se invierte.

Por último, hay algunos kits de diseño en los que no hay una flecha de origen para dar cuenta del hecho de que los transistores son simétricos.