Rappels : Semi conducteurs

T = 0°K

apparition des porteurs de charge « thermiques » paires « électrons-trous »

Il y a environ 2 paires électron-trou pour 10 milliards d’atome à température ordinaire (20°C)

Il y a environ dix mille milliards de milliards d’atome (1022) dans un gramme de silicium, donc deux mille milliards (2x1012) d’électrons libres par gramme de silicium

T > 0°K électrons trous

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K recombinaison

Semi conducteur dopé « p »

Semi conducteur dopé « p » Introduction d’atomes trivalents, environ 1 pour 10 millions d’atome de silicium Indium, bore…

Conduction dans un semi conducteur dopé « p »

Semi conducteur dopé « n »

Semi conducteur dopé « n » Introduction d’atomes trivalents, environ 1 pour 10 millions d’atome de silicium Arsenic, antimoine, …

Jonction pn

P N

P N

P N

P N

P N

P N

P N Zone chargée négativement

P N Zone chargée positivement

P N Zone chargée positivement

P N Zone chargée négativement

P N Zone dépeuplée de porteurs de charge mobiles

P N Zone de déplétion

Polarisation de la jonction pn La diode

jonction pn polarisée avec le + sur l’anode

+ P N

E<0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

E>0,7 V + P N

jonction pn polarisée en sens inverse - sur l’anode

+ P N

+ P N

+ P N

+ P N

+ P N Élargissement de la zone de déplétion

Transistors à effet de champ

Transistors à effet de champ 1. TEC à jonction (jfet)

Symbole DRAIN GRILLE SOURCE Canal N

Symbole DRAIN GRILLE SOURCE Canal P

Source Grille Drain P N P Grille

Source Grille Drain P canal N P Grille

Source Grille Drain SiO2 P canal N P Grille

Source Grille Drain P N P Grille

Source Grille Drain P N P Grille

+ S G D P N P G

zone de déplétion + S G D P N N N P G

déplacement des électrons VGS = 0 déplacement des électrons VDS faible + S G D P N N N P G

iDS proportionnel à VDS VGS = 0 iDS proportionnel à VDS VDS faible + S G D P N N N P G

Transistor en régime résistif VGS = 0 iDS proportionnel à VDS VDS faible + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif

VGS = 0 5 V VDS important + S G D P 0V N N 5V 1V 2V 3V 4V P G

iDScte Transistor en régime de pincement VGS = 0 VDS important 5 V +

iDS mA VGS= 0 V vDS 8 régime de pincement régime résistif 6 4 2 10 30 40 20 - 2 vDS - 4

Transistor en régime résistif VGS < 0 faible + VDS > 0 + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif

Transistor en régime résistif VGS < 0 moyenne + VDS > 0 + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif

Transistor en régime résistif VGS < 0 importante + VDS > 0 + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif

Principe des TEC

vDS iDS mA VGS= 0 V VGS= -2 V VGS= -4 V VGS= -5,5 V VGS= -6,7 V 8 6 4 10 30 40 20 vDS - 2 - 4

vGS vDS iDS mA iDS mA VGS= 0 V 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 20 VGS= -6,7 V vDS - 2 - 4

vGS vDS iDS mA iDS mA VGS= 0 V 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 20 VGS= -6,7 V vDS - 2 - 4

vGS vDS iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20 VGS= -6,7 V vDS - 2 - 4

vGS vDS iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20 VGS= -6,7 V vDS -6 V -4 V -2 V - 2 - 4

vGS vDS iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20 VGS= -6,7 V vDS -6 V -4 V -2 V - 2 - 4

vGS vDS iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20 VGS= -6,7 V vDS -6 V -4 V -2 V - 2 - 4

vGS vDS vGSoff iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20 VGS= -6,7 V vGSoff vDS -6 V -4 V -2 V - 2 - 4

vGS vDS Caractéristique de transfert pour VDS = 15 V iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGSoff vGS 10 20 VGS= -6,7 V vDS -6 V -4 V -2 V - 2 - 4

Potentiomètre électronique : VDS commandé par VGS RD + D V G VDS + VDS S

vDS iDS mA VGS= 0 V 10 VGS= -1 V 8 VGS= -2 V 6 4 VGS= -3 V 2 20 10 - 2 - 4

Transistors à effet de champ 2. transistor M.O.S. 2.1. M.O.S. à appauvrissement - enrichissement

Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal N

SiO2 Source Grille Drain film métallique N N+ N+ P substrat Canal N

Canal N VGS=0  un canal existe Source Grille Drain N N+ N+ P substrat

Canal N appauvrissement fort Zone dépeuplée d’électrons libres + Source Grille Drain N+ Zone dépeuplée d’électrons libres N+ N P substrat + Canal N

Canal N VGS faible appauvrissement faible + Source Grille Drain N+ N substrat + Canal N

VGS OFF + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N

enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N

Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal P

Canal P VGS=0  il y a un canal Source Grille Drain P P+ P+ N substrat

Canal P VGS élevée appauvrissement fort Zone dépeuplée de trous + Source Grille Drain P+ Zone dépeuplée de trous P+ P N substrat + Canal P

Canal P VGS faible appauvrissement faible + Source Grille Drain P+ P+ substrat + Canal P

enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P

Transistors à effet de champ 2. transistor M.O.S. 2.2. M.O.S. à enrichissement

Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal N

Canal N SiO2 film métallique VGS=0  il n’y a pas de canal Source Grille Drain film métallique N+ N+ P substrat Canal N

enrichissement + Source Grille Drain N N+ N+ P substrat + Canal N

enrichissement + Source Grille Drain N+ N N+ P substrat + Canal N

enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N

Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal P

Canal P SiO2 film métallique VGS=0  il n’y a pas de canal Source Grille Drain film métallique P+ P+ N substrat Canal P

enrichissement + Source Grille Drain P P+ P+ N substrat + Canal P

enrichissement + Source Grille Drain P P+ P+ N substrat + Canal P

enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P

Comment savoir si un MOS conduit ou non DRAIN GRILLE substrat SOURCE

MOS P  canal (substrat) formé de trou pour une conduction drain - source DRAIN GRILLE substrat GRILLE substrat SOURCE

MOS P = interrupteur fermé DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE

enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P

MOS P = interrupteur ouvert DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE

enrichissement + Source Grille Drain P+ P+ N substrat + Canal P

enrichissement + Source Grille Drain P+ P+ N substrat + Canal P

MOS N  canal (substrat) formé d’électrons pour une conduction drain - source DRAIN GRILLE substrat GRILLE substrat SOURCE

MOS N = interrupteur fermé DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE

enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N

MOS N = interrupteur ouvert DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE

enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ P substrat + Canal N

enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ P substrat + Canal N

Applications des MOS Circuits logiques

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