Technologie des composants

1
Notion de dopage
Le dopage permet daméliorer la conductivité du
matériau en lui apportant artificiellement et de
façon contrôlée des charges libres.
Un semiconducteur non dopé est dit intrinsèque
Un semiconducteur dopé est dit extrinsèque
Semiconducteur dopé N
Semiconducteur dopé P
2
La jonction PN
Que se passe t-il si lon met en contact du
Silicium dopé N et du Silicium dopé P ?
3
La jonction PN au niveau atomique
Que se passe t'il au niveau de la jonction ?

• des trous de P vers N

4
La jonction PN au niveau atomique
La ZCE grandit elle sur toute la jonction ?
5
La jonction PN au niveau atomique
On polarise la jonction en direct et on fait
varier la tension
0 V 0.5 V
6
La jonction PN au niveau atomique
Pour une tension de polarisation inférieure à 0.6
V
A V 0.6 Volts, elle sannule
Vddp
0 V 0.5 V
7
La jonction PN au niveau atomique
Pour une tension de polarisation supérieure à 0.6
V

-
Polarisation directe
gt 0.6 V
8
La jonction PN au niveau atomique
On polarise la jonction en inverse
Vddp

-
Polarisation inverse
9
La jonction PN au niveau atomique
On augmente encore la tension de polarisation
inverse
2 - Les porteurs libèrent par choc dautres
porteurs effet davalanche
3 - Rupture des liaisons covalentes
-

Polarisation inverse
10
Caractéristique de la jonction PN
I
Conduction
V
Bloquée
Claquage Zéner, avalanche
Seuil 0,6 v
11
Transistor bipolaire
Un transistor bipolaire comporte 3 couches de
silicium disposées en sandwich dans lordre PNP
ou NPN
Matériau P
12
Le Transistor bipolaire
Transistor bipolaire NPN au niveau atomique
13
Fonctionnement du bipolaire
On polarise la jonction BE en direct et BC en
inverse
Emetteur
Base
Collecteur
Plusieurs volts
? 0,6v
14
Effet transistor
Les électrons injectés traversent la jonction BC
Emetteur
Base
Collecteur
15
Au niveau de la base
Recombinaison de certaines paires électrons -
trous
Emetteur
Base
Collecteur
16
Au niveau de la base
Courant de trous de la base vers lémetteur
Emetteur
Base
Collecteur
17
En résumé
Émetteur
Collecteur
Base
18
Caractéristique du bipolaire
Ic (mA)
Ib constant
Vcb constant
Vce (V)
Ib (µA)
Ib constant
Vce constant
Vbe (V)
19
Propriétés technologiques
Base fine pour éviter les recombinaisons
Base faiblement dopée pour limiter le courant de
trous
Emetteur fortement dopé pour favoriser leffet
transistor
20
Propriétés électriques
Composant contrôlé par le courant de base Ic
f(Ib)
Composant utilisant les porteurs majoritaires et
minoritaires
Composant utilisant la jonction BC en inverse
pour accélérer les électrons majoritaires de
lemetteur
21
Le transistor à effet de champ
22
Le transistor à effet de champ
Structure dun jfet (Junction Field Effet
Transistor)
Électrode de commande du courant Id
Électrode par laquelle les porteurs majoritaires
quittent le canal
Électrode par laquelle les porteurs majoritaires
entrent dans le canal
23
Le transistor à effet de champ
Composant utilisant uniquement les porteurs
majoritaires
24
Fonctionnement
Vgs lt 0
et Vds gt 0
Conditions normales de fonctionnement
Drain
P
Source
N
N
P
Grille
25
Cas n0 Vgs 0 et Vds 0
En labsence de polarisation, création des 2 ZCE
Grille
P
Vgs 0
Zce
Drain
Source
Zce
Vds 0
P
N
26
Cas n1 Vgs 0 et Vds gt 0
Polarisation inverse plus forte du côté drain
Grille
P
Vgs 0
V
Zce
Drain
Source
Vdg
V
Zce
Vds gt 0
P
N
27
Cas n1 Vgs 0 et Vds gt 0
Polarisation inverse plus forte du côté drain
Grille
P
Vgs 0
V
Zce
Drain
Source
V
Zce
Vds gt 0
P
N
28
Cas n1 Vgs 0 et Vds gt 0
Polarisation inverse plus forte du côté drain
Grille
P
Vgs 0
V
Zce
Drain
Source
V
Zce
Vds gt 0
P
N
29
Cas n1 Vgs 0 et Vds gt 0
Fonctionnement en zone ohmique
Id (mA)
Vgs 0
Vds (V)
30
Cas n2 Vgs 0 et Vds Vp
Pincement du canal au niveau du drain
Grille
P
Vgs 0
Zce
Drain
Source
Zce
Vds Vp
P
N
31
Cas n2 Vgs 0 et Vds Vp
Fonctionnement en zone de pincement
Id (mA)
Vgs 0
Vds (V)
32
Cas n3 Vgs 0 et Vds gt Vp
Etranglement du canal au niveau du drain
Grille
P
Vgs 0
Zce
Drain
Source
Zce
Vds gt Vp
P
N
33
Cas n3 Vgs 0 et Vds gt Vp
Fonctionnement en zone de saturation
Id (mA)
Vgs 0
Vds (V)
34
Cas n4 Vgs lt 0 et Vds gt 0
Vgs influence la taille du canal indépendamment
de Vds
Grille
P
Vgs lt 0
Zce
Drain
Source
Zce
Vds gt 0
P
N
35
Cas n4 Vgs lt 0 et Vds gt 0
Vgs influence la taille du canal indépendamment
de Vds
Grille
P
Vgs lt 0
Zce
Drain
Source
Zce
Vds gt 0
P
N
36
Cas n4 Vgs lt 0 et Vds gt 0
Accentuation de leffet de pincement
Id (mA)
Vgs 0 V
Vgs -0.5 V
Vgs -1 V
Vds (V)
37
Le transistor MOS
38
Le MOS à enrichissement
Structure dun MOS à enrichissement à canal N
Isolant
P
39
Le MOS à appauvrissement
Structure dun MOS à appauvrissement à canal N
Grille
Source
Drain
Isolant
N
P
40
Fonctionnement dun NMOS
Vgs gt 0
et Vds gt 0
Conditions normales de fonctionnement
Grille
Drain
Source
Isolant
P
41
Fonctionnement dun NMOS
Accumulation de charges positives sur la grille
Grille
Drain
Source
Isolant
P
42
Fonctionnement dun NMOS
Création dun champ électrique E sur la capacité
MOS
Grille
Drain
Source
Isolant
P
43
Fonctionnement dun NMOS
Trous majoritaires du substrat repoussés
Grille
Drain
Source
Isolant
P
44
Fonctionnement dun NMOS
Electrons minoritaires du substrat attirés vers
la grille
Grille
Drain
Source
Isolant
P
45
Fonctionnement dun NMOS
Création dun canal de type N sous lisolant
(couche dinversion)
Grille
Drain
Source
Isolant
P
46
Caractéristiques
Caractéristiques similaires à celle dun
transistor JFET
Id (mA)
Vgs 8 V
Vgs 6 V
Vgs 2 V
Vds (V)
47
Cas du MOS à appauvrissement
Pour Vgs 0, existence du canal N entre la
source et le drain
Id (mA)
Vgs 4 V
Vgs 2 V
Vgs 0 V
Vgs -2 V
Vgs -4 V
Vds (V)