MOSFET：なぜドレインとソースが異なるのですか？

物理構造が類似/対称であるのに、MOSFETのソース端子のドレイン機能が異なるのはなぜですか？

これはMOSFETです：

ドレインとソースが似ていることがわかります。
では、なぜ一方をVCCに、もう一方をGNDに接続する必要があるのですか？

神話：製造業者は、ディスクリートコンポーネントに内部ダイオードを配置することを共謀しているため、IC設計者のみが4端子MOSFETを使用してきちんとした処理を行うことができます。

真実：4端子MOSFETはあまり有用ではありません。

PN接合はすべてダイオードです（ダイオードを作成する他の方法もあります）。MOSFETには、次の2つがあります。

Pドープシリコンの大きな塊が本体または基板です。これらのダイオードを考慮すると、ボディが常にソースまたはドレインよりも低い電圧にあることが非常に重要であることがわかります。それ以外の場合は、ダイオードに順方向バイアスをかけますが、おそらくそれは望んでいないことです。

しかし、待ってください、悪化します！BJTはNPN材料の3層サンドイッチですよね？MOSFETにはBJTも含まれています。

ドレイン電流が高い場合、がゼロ以外であるため、ソースとドレイン間のチャネルの電圧も高くなる可能性があります。ボディソースダイオードに順方向バイアスをかけるのに十分高い場合、MOSFETはもうありません。BJTがあります。それもあなたが望んでいたものではありません。$R_{DS(on)}$

CMOSデバイスでは、さらに悪化します。CMOSには、PNPN構造があり、寄生サイリスタを作ります。これがラッチアップの原因です。

解決策：ボディをソースにショートさせます。これにより、寄生BJTのベースエミッタが短絡され、寄生BJTがしっかりと保持されます。外部のリードを介してこれを行わないのが理想的です。なぜなら、「短絡」も高い寄生インダクタンスと抵抗を持ち、寄生BJTの「ホールドオフ」をそれほど強くしないからです。代わりに、あなたはそれらをダイのすぐところでショートさせます。

これが、MOSFETが対称ではない理由です。他の点では対称的なデザインもありますが、MOSFETのように確実に動作するMOSFETを作成するには、これらのN領域の1つをボディにショートさせる必要があります。あなたがそれを行うもののどれにでも、それは現在のソースであり、あなたがショートしなかったダイオードは「ボディダイオード」です。

これは、個別のトランジスタに固有のものではありません。4端子MOSFETを使用している場合、ボディが常に最低電圧（またはPチャネルデバイスの場合は最高電圧）にあることを確認する必要があります。ICでは、ボディはIC全体の基板であり、通常はグランドに接続されています。ボディがソースよりも低い電圧にある場合、ボディ効果を考慮する必要があります。接地に接続されていないソースがあるCMOS回路（下のNANDゲートなど）を見ると、Bが高い場合は最下部のトランジスタがオンになり、その上には、実際にソースがグランドに接続されています。または、Bは低く、出力は高く、下の2つのトランジスタには電流がありません。

Philの答えに加えて、非対称性の詳細を示すMOSFETの描写が時々表示されます。

^{Electronics-tutorials.waから}

基板（ボディ）からソースへの非対称リンクは点線で示されています。

物理デバイスの観点からは、それらは同じです。ただし、個別のFETを製造する場合、ドレインにカソード、ソースにアノードを持つ基板によって形成される内部ダイオードがあるため、マークされたドレイン端子をドレインとして、マークされたソース端子をソースとして使用する必要があります。