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Le dopage permet daméliorer la conductivité du matériau en lui apportant artificiellement et de façon contrôlée des charges libres. Un semiconducteur non.

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1 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 Notion de dopage

2 Que se passe t-il si lon met en contact du Silicium dopé N et du Silicium dopé P ? Création dune jonction PN La jonction PN Matériau N Matériau P

3 La jonction PN au niveau atomique Création dune Zone de Charge dEspace Diffusion simultanée : des e- de N vers P des trous de P vers N QUIZZ Que se passe t'il au niveau de la jonction ?

4 La jonction PN au niveau atomique La taille de la ZCE devient stable Création d'un champ E et d'une barrière de potentiel définie par la relation E=-dV/dx QUIZZ 2 La ZCE grandit elle sur toute la jonction ? E V F=-qEF=qE

5 La jonction PN au niveau atomique On polarise la jonction en direct et on fait varier la tension 0 V – 0.5 V Polarisation directe +- Pour une tension faible (< 0.5 V), rien ne se passe Pour Vpol > 0.6v, il y a conduction Pourquoi ?

6 La jonction PN au niveau atomique Pour une tension de polarisation inférieure à 0.6 V 0 V – 0.5 V Polarisation directe +- La barrière de potentiel ( V + ddp ) diminue sous laction de la polarisation directe. V+ddp A V = 0.6 Volts, elle sannule

7 La jonction PN au niveau atomique Pour une tension de polarisation supérieure à 0.6 V > = 0.6 V Polarisation directe +- La barrière de potentiel est vaincue, il y a redémarrage de la diffusion et donc de la conduction

8 La jonction PN au niveau atomique On polarise la jonction en inverse Polarisation inverse +- La barrière de potentiel augmente Elargissement de la Zone de Charge dEspace V+ddp

9 -+ La jonction PN au niveau atomique On augmente encore la tension de polarisation inverse Polarisation inverse 1 - Libération des porteurs minoritaires : effet zener 2 - Les porteurs libèrent par choc dautres porteurs : effet davalanche 3 - Rupture des liaisons covalentes

10 Seuil 0,6 v Conduction Bloquée Claquage: Zéner, avalanche V I Caractéristique de la jonction PN

11 Transistor bipolaire Un transistor bipolaire comporte 3 couches de silicium disposées en sandwich dans lordre PNP ou NPN Matériau N Matériau P Matériau N Création de 2 jonctions PN

12 Base Emetteur ZCE Transistor bipolaire NPN au niveau atomique Surprise : La jonction BC polarisée en inverse conduit le courant !!! Le Transistor bipolaire Collecteur

13 Emetteur BaseCollecteur Fonctionnement du bipolaire On polarise la jonction BE en direct et BC en inverse 0,6v Plusieurs volts

14 Emetteur BaseCollecteur Effet transistor Les électrons injectés traversent la jonction BC IcIe

15 Emetteur BaseCollecteur Au niveau de la base Recombinaison de certaines paires électrons - trous Ib

16 Emetteur BaseCollecteur Au niveau de la base Courant de trous de la base vers lémetteur Ib

17 Base Collecteur Émetteur e- injectés e- diffusants e- collectés e- se recombinant dans la base trous injectés En résumé

18 Vce (V) Ic (mA) Caractéristique du bipolaire Vbe (V) Ib (µA) Ib constant Vcb constant Vce constant

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 Principe : Contrôle du courant dans un semiconducteur à laide de 2 tensions Modifier la section: JFET Modifier la densité de porteurs: MOSFET L effet de champ se manifeste par le pincement du canal conducteur et la limitation de la vitesse des porteurs

22 N Le transistor à effet de champ Structure dun jfet (Junction Field Effet Transistor) Jfet à Canal N P P GrilleSourceDrain Électrode par laquelle les porteurs majoritaires entrent dans le canal Électrode par laquelle les porteurs majoritaires quittent le canal Électrode de commande du courant Id

23 Le transistor à effet de champ Composant contrôlé par la tension de grille Composant utilisant uniquement les porteurs majoritaires Les porteurs majoritaires ne traversent aucune jonction

24 Grille NN Fonctionnement Conditions normales de fonctionnement : Drain Vds > 0 P P Source Vgs < 0 et Vds > 0

25 Source N Vgs = 0 Vds = 0 Drain Cas n°0 : Vgs = 0 et Vds = 0 P Grille P Zce En labsence de polarisation, création des 2 ZCE Faisons varier Vds V V V V

26 Source N Vgs = 0 Vds > 0 Drain Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 P Grille P Zce Rajout de Vdg V V V V Polarisation inverse plus forte du côté drain Vdg

27 Source N Vgs = 0 Vds > 0 Drain Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 P Grille P Zce V V V V Polarisation inverse plus forte du côté drain Elargissement de la ZCE du côté du drain Rajout de Vdg

28 Source N Vgs = 0 Vds > 0 Drain Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Id P Grille P Zce V V V V Polarisation inverse plus forte du côté drain Fonctionnement en zone ohmique Id = f(Vds) Rajout de Vdg Elargissement de la ZCE du côté du drain

29 Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Fonctionnement en zone ohmique Vds (V) Id (mA) Vgs = 0 La pente de la courbe dépend : du dopage du canal, de la longueur du canal, de la section du canal. Que se passe til si on augmente Vds ? QUIZZ

30 Source N Vgs = 0 Vds = Vp Drain Cas n°2 : Vgs = 0 et Vds = Vp Id P Grille P Zce Pincement du canal au niveau du drain Fonctionnement en Zone de pincement Id tend à se stabiliser

31 Cas n°2 : Vgs = 0 et Vds = Vp Fonctionnement en zone de pincement Vds (V) Id (mA) Vgs = 0 Id tend : à augmenter car Vds est grand, à diminuer à cause de létranglement qui freine le passage des électrons. Que se passe til si on augmente encore Vds ? QUIZZ

32 Source N Vgs = 0 Vds > Vp Drain Cas n°3 : Vgs = 0 et Vds > Vp Id P Grille P Zce Etranglement du canal au niveau du drain Fonctionnement en Zone de saturation Id devient constant

33 Cas n°3 : Vgs = 0 et Vds > Vp Fonctionnement en zone de saturation Vds (V) Id (mA) Vgs = 0 Id est constant car il existe un canal minimal laissant passer les porteurs Que se passe til si on fait varier Vgs ? QUIZZ

34 Source N Vgs < 0 Vds > 0 Drain Cas n°4 : Vgs = 0 P Grille P Zce Vgs influence la taille du canal indépendamment de Vds Vgs = 0 VVgs = -0.5 V

35 Source N Vgs < 0 Vds > 0 Drain Cas n°4 : Vgs = 0 P Grille P Zce Vgs influence la taille du canal indépendamment de Vds Vgs = 0 VVgs = -0.5 VVgs = -1 V

36 Cas n°4 : Vgs 0 Accentuation de leffet de pincement Vds (V) Id (mA) Vgs = 0 V La valeur de Vgs < 0 influence directement le pincement du canal et le phénomène de saturation de Id Vgs = -0.5 V Vgs = -1 V

37 Le transistor MOS Le Transistor MOS (Metal Oxyde Semiconductor) est un transistor à effet de Champ : Composant contrôlé par la tension de grille, Composant utilisant les porteurs majoritaires. La variation du courant Id seffectue en faisant varier le nombre de porteurs dans le canal et non la surface On distingue 2 grandes familles : MOS à enrichissement, MOS à appauvrissement.

38 P Le MOS à enrichissement Structure dun MOS à enrichissement à canal N N+ GrilleSourceDrain Isolant

39 P Le MOS à appauvrissement Structure dun MOS à appauvrissement à canal N N+ Grille SourceDrain Isolant N

40 Conditions normales de fonctionnement : P Fonctionnement dun NMOS N+ Isolant Vgs > 0 et Vds > 0 Vgs > 0Vds > 0 Grille Source Drain

41 Accumulation de charges positives sur la grille P Fonctionnement dun NMOS N+ Isolant Vgs > 0Vds > 0 Grille Source Drain

42 Création dun champ électrique E sur la capacité MOS P Fonctionnement dun NMOS N+ Isolant Vgs > 0Vds > 0 Grille Source Drain E

43 Trous majoritaires du substrat repoussés P Fonctionnement dun NMOS N+ Isolant Vgs > 0Vds > 0 Grille Source Drain E

44 Electrons minoritaires du substrat attirés vers la grille P Fonctionnement dun NMOS N+ Isolant Vgs > 0Vds > 0 Grille Source Drain E

45 Création dun canal de type N sous lisolant ( couche dinversion ) P Fonctionnement dun NMOS N+ Isolant Vgs > 0Vds > 0 Grille Source Drain E Id

46 Caractéristiques Caractéristiques similaires à celle dun transistor JFET Vds (V) Id (mA) Vgs = 8 V La valeur de Vgs > 0 influence directement la densité de porteurs minoritaires attirés sous la capacité MOS Vgs = 6 V Vgs = 2 V La valeur de Vds > 0 influence directement la valeur du champ E et donc de la saturation de Id

47 Cas du MOS à appauvrissement Pour Vgs = 0, existence du canal N entre la source et le drain Vds (V) Id (mA) Vgs = 4 V Lexistence du canal garantit une conduction du transistor pour des valeurs négatives et positives de Vgs Vgs = 2 V Vgs = 0 V Vgs = -2 V Vgs = -4 V


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