CIRCUITS INTÉGRÉS

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Principe de fonctionnement du transistor MOS

Le transistor MOS est généralement fait à base de silicium, matériau semi-conducteur (fig. 1). À l'état pur, le silicium, lorsqu'il se présente sous forme de cristal (état organisé), possède une faible conductibilité (c'est-à-dire une grande résistivité, proche de celle des isolants) qu'il est possible de contrôler par l'ajout d'impuretés. Elle peut ainsi varier de plusieurs ordres de grandeur si on y introduit, en très faibles quantités (à raison d'un atome pour 10 000), des atomes dits dopants, comme le bore ou l'arsenic. Ces derniers s'insèrent dans le cristal sans le déformer, en se substituant à des atomes de silicium. Ils en modifient le comportement électrique par création d'un surplus ou d'un manque d'électrons dans la structure.

Circuits intégrés : transistor CMOS

Dessin : Circuits intégrés : transistor CMOS

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Représentations symbolique et géométrique d'un transistor MOS. En a, représentation schématique utilisée pour représenter la fonction du circuit ; en b, vue physique du dessus, utilisée lors de la conception physique du circuit pour représenter l'agencement des transistors ; en c, vue en... 

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Le silicium possède quatre électrons sur sa couche externe qui sont tous utilisés pour former le cristal. Les dopants présentent quant à eux, sur leur couche externe, soit cinq électrons (cas de l'arsenic), soit trois électrons (cas du bore). Le premier type d'atome dopant présente donc un électron excédentaire pour la structure du cristal. Cet électron supplémentaire, mobile, peut transporter un courant électrique ; le silicium est alors dit de type N (négatif) car les électrons constituent les porteurs majoritaires du courant (fig. 2a). En revanche, les dopants à trois électrons créent un manque d'électron dans la structure, donc un « trou ». Ce dernier se déplace en attirant les électrons des atomes voisins ; il peut donc aussi transporter un courant. Le silicium est alors dit de type P (positif) car les trous sont les porteurs majoritaires du courant (fig. 2b). Ainsi, le silicium dopé, qu'il soit de type N ou P, est conducteur puisqu'il possède des électrons ou des trous mobiles.

Circuits intégrés : silicium de type N et P

Dessin : Circuits intégrés : silicium de type N et P

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En a, silicium de type N : l'électron supplémentaire, provenant ici de la substitution d'un atome de silicium (Si) par un atome d'arsenic (As), se déplace librement dans la structure du cristal ; en b, silicium de type P, le trou, c'est-à-dire le manque d'électron lié, dans ce cas, est dû au... 

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Une diode est constituée par une zone dopée N accolée à une zone dopée P (fig. 3). La zone de contact, la jonction PN, possède des caractéristiques remarquables : le courant électrique ne peut circuler que de la zone P vers la zone N, à condition que la tension appliquée [...]

Circuits intégrés : la diode et son comportement électrique

Dessin : Circuits intégrés : la diode et son comportement électrique

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En a, représentation symbolique de la diode (V : tension aux bornes, I : courant circulant dans la diode) ; en b, caractéristiques du courant circulant entre l'anode et la cathode en fonction de la tension appliquée à la diode : lorsque la tension est positive, le courant circule dès qu'elle... 

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Circuits intégrés : transistor CMOS

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Circuits intégrés : silicium de type N et P

Circuits intégrés : silicium de type N et P
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Circuits intégrés : la diode et son comportement électrique

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Circuits intégrés : création d'un canal conducteur entre deux zones N

Circuits intégrés : création d'un canal conducteur entre deux zones N
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Écrit par :

  • : docteur en informatique, maître de conférence à l'université Pierre et Marie Curie
  • : maître de conférences en informatique au LIP6 (laboratoire d'informatique de l'université Paris-6)

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Pour citer l’article

Frédéric PÉTROT, Franck WAJSBÜRT, « CIRCUITS INTÉGRÉS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 octobre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/circuits-integres/