Notion de dopage Le dopage permet d’améliorer la conductivité du matériau en lui apportant artificiellement et de façon contrôlée des charges libres. Un.

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1 Notion de dopage Le dopage permet d’améliorer 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 l’on met en contact du Silicium dopé N et du Silicium dopé P ? Matériau N + Matériau P - Création d’une jonction PN

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 + + + - - - - + + + Ie Ic
Les électrons injectés traversent la jonction BC Emetteur Base Collecteur + + + - - - - + + + Ie Ic

15 Au niveau de la base Recombinaison de certaines paires électrons - trous Emetteur Base Collecteur + + + - - - - + + + Ib

16 Au niveau de la base Courant de trous de la base vers l’émetteur + + +
Emetteur Base Collecteur + + + - - - - + + + Ib

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

18 Caractéristique du bipolaire
Ic (mA) Vcb constant Ib constant Ib (µA) Vce (V) Vce constant Ib 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 l’effet 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 l’emetteur

21 Modifier la section: JFET
Le transistor à effet de champ Principe : Contrôle du courant dans un semiconducteur à l’aide 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 Le transistor à effet de champ
Structure d’un jfet (Junction Field Effet Transistor) Grille Électrode de commande du courant Id P Drain N Source Électrode par laquelle les porteurs majoritaires quittent le canal Électrode par laquelle les porteurs majoritaires entrent dans le canal Jfet à Canal N

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

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

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

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

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

29 Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Fonctionnement en zone ohmique
Id (mA) La pente de la courbe dépend : du dopage du canal, de la longueur du canal, de la section du canal. Vgs = 0 Vds (V) Que se passe t’il si on augmente Vds ? QUIZZ

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

31 Cas n°2 : Vgs = 0 et Vds = Vp Fonctionnement en zone de pincement
Id tend : à augmenter car Vds est grand, à diminuer à cause de l’étranglement qui freine le passage des électrons. Id (mA) Vgs = 0 Vds (V) Que se passe t’il si on augmente encore Vds ? QUIZZ

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

33 Cas n°3 : Vgs = 0 et Vds > Vp
Fonctionnement en zone de saturation Id (mA) Id est constant car il existe un canal minimal laissant passer les porteurs Vgs = 0 Vds (V) Que se passe t’il si on fait varier Vgs ? QUIZZ

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

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

36 Cas n°4 : Vgs < 0 et Vds > 0
Accentuation de l’effet de pincement Id (mA) La valeur de Vgs < 0 influence directement le pincement du canal et le phénomène de saturation de Id Vgs = 0 V Vgs = -0.5 V Vgs = -1 V Vds (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 s’effectue 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 Le MOS à enrichissement
Structure d’un MOS à enrichissement à canal N Grille Source Drain N+ Isolant N+ P

39 Le MOS à appauvrissement
Structure d’un MOS à appauvrissement à canal N Grille Source Drain N+ Isolant N+ N P

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

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

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

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

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

45 Fonctionnement d’un NMOS
Création d’un canal de type N sous l’isolant (couche d’inversion) Vgs > 0 Vds > 0 Grille Id Drain Source N+ Isolant N+ E P

46 Caractéristiques Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET Id (mA) La valeur de Vgs > 0 influence directement la densité de porteurs minoritaires attirés sous la capacité MOS Vgs = 8 V 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 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 L’existence 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 Vds (V)