Construção MOSFET

Acabei de ler uma nota de aplicação e fiquei confuso com esta frase: "Os engenheiros costumam pensar em um MOSFET como um único transistor de potência, mas é uma coleção de milhares de pequenas células FET de potência conectadas em paralelo".

Como isso é possível ? Em todas as aulas, aprendi sobre a seção transversal de um MOSFET como um único volume, não como "uma coleção de milhares de células FET de potência".

Portanto, a pergunta é: a nota de aplicação está se referindo a um tipo especial de MOS ou toda a minha vida foi uma mentira?

transistors mosfet cmos

— pantarhei
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Um MOSFET discreto que você compra da digi-key ou da mouser será milhares de FETs paralelos - cada um dos quais é representado pela seção transversal que você aprendeu na aula.

— Hearth

A maioria dos MOSFETs de energia discretos são realmente dispositivos VDMos contra dispositivos planares, que são ligeiramente diferentes

— sstobbe

Definitivamente, parece-me que a nota de aplicação já respondeu à sua pergunta "os engenheiros costumam pensar em ... como" provavelmente também implica "que os engenheiros geralmente aprendem sobre ... como".

— Jasper

Respostas:

Se um MOSFET muito grande (ou seja, com um canal muito amplo) fosse implementado como um único dispositivo físico, como o que você viu na aula, o eletrodo do portão seria muito longo e fino. Isso causaria um atraso significativo de RC no portão e, portanto, o MOSFET seria ligado e desligado muito lentamente. Além disso, seria difícil colocar esse dispositivo em um pacote, pois seria centenas ou milhares de vezes maior do que o longo.

Portanto, é eletricamente superior e mais fácil manipular o MOSFET se você o dividir em muitos pequenos MOSFETs. Os terminais de fonte, dreno e porta de todos esses pequenos dispositivos são conectados em paralelo. O resultado é o mesmo que se você tivesse construído um dispositivo enorme.

No design do CMOS VLSI, esses pequenos dispositivos são chamados de "dedos" e são desenhados como estruturas paralelas. Dedos alternativos podem compartilhar suas regiões de origem / dreno. Os MOSFETs de potência usam outras técnicas para formar os pequenos dispositivos individuais.

Aqui está um exemplo do design do conversor digital-analógico: Fonte: pubweb.eng.utah.edu

A camada amarela é de polissilício e as longas faixas verticais são portões MOSFET. A camada vermelha é de metal e os quadrados brancos são contatos do metal até as portas múltiplas ou as regiões de origem / drenagem. No canto superior direito, você vê um grande transistor PMOS com cinco dedos de porta paralelos. Entre os dedos do portão estão as regiões de origem e dreno, parecem três fontes paralelas e três drenos paralelos. Compartilhar as regiões de origem / drenagem como essa também reduz a capacitância dessas estruturas para o substrato (poço N) abaixo. A página vinculada tem vários exemplos de como isso é usado no design do CMOS analógico. Minha experiência foi principalmente em dispositivos digitais, mas usamos a mesma idéia quando precisávamos de um buffer de alta unidade para um relógio global ou um pino de E / S.

— Elliot Alderson
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O pacote de transistor BJT tem a mesma estrutura interna?

— pantarhei

Desculpe, não tenho experiência em design de BJT.

— precisa saber é o seguinte

Colocando em algumas dimensões, como referência para aqueles de nós que estão apenas rondando? Quão grande é um dispositivo enorme? Quão pequeno é um MOSFET pequeno? :-)

— motoDrizzt 28/01

Usando a tecnologia de 20 anos, um MOSFET de 0,25u pode caber dentro de um mícron quadrado: dreno / porta / fonte / poço.

— Analogsystemsrf

@motoDrizzt Grandes e pequenos são relativos e não há regra rígida, mas eu acho que se a W / L ficar acima de 25, você pode pensar em dividir o dispositivo. Veja o exemplo da foto que adicionei.

— Elliot Alderson

Acho que essa frase é uma referência à estrutura de MOSFETs de poder, como a estrutura HEXFET da International Rectifier.

Consulte, por exemplo, http://www.rfwireless-world.com/Terminology/HEXFET-vs-MOSFET.html para obter mais informações sobre a estrutura HEXFET.

EDIT: HEXFET é apenas um design específico de um fabricante específico. Outros fabricantes certamente têm projetos equivalentes para seus MOSFETs de potência.

— user2233709
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@ Hearth IMHO isso não é spam e um sinalizador de spam seria inapropriado aqui - o HEXFET pode muito bem ser um exemplo representativo de uma estrutura MOSFET poderosa. Ele mostra o exemplo de maneira bastante neutra e aponta para uma fonte de terceiros que discute a estrutura e as propriedades dessa tecnologia específica (em vez de simplesmente publicá-la). Dito isso, essa resposta pode se beneficiar da inclusão de partes relevantes do artigo (como o diagrama da estrutura ou uma descrição do mesmo) para evitar ser uma resposta efetivamente apenas de link.

— Nanofarad

@AndreyAkhmetov Prefiro não copiar e colar partes desse artigo sem a permissão de seu autor. Mas ficaria feliz em votar uma resposta mais abrangente que a minha (e até excluir a minha).

— precisa saber é o seguinte

@ Hearth Eu simplesmente não sei melhor. Eu apenas imaginei que outros fabricantes usassem estruturas semelhantes (mas não tenho idéia do quanto parecido).

— precisa saber é o seguinte

Bem. Desculpe desconfiar de você, então! Suponho que fiquei um pouco apressado ao pensar que isso poderia ser spam; Andrey está certo de que é um exemplo.

— Hearth