Cours de semi-conducteurs

Leçon 1 • Structure atomique et liaison

Couvre la configuration électronique, la liaison covalente et la formation du réseau cristallin dans les semiconducteurs. Établit la base atomique pour tout le comportement électrique ultérieur.

Leçon 2 • Mécanismes de transport des porteurs

Couvre la dérive et la diffusion comme les deux principaux processus de transport des porteurs. Relie le champ électrique et les gradients de concentration au courant dans les semiconducteurs.

Leçon 3 • Propriétés des semiconducteurs intrinsèques

Analyse le comportement du semiconductor pur, la concentration intrinsèque de porteurs et la génération thermique de paires électron-trou. Fournit la base pour comprendre les matériaux dopés.

Leçon 1 • Impuretés donneuses et accepteuses

Introduit le dopage de type n et de type p à l'aide d'éléments du Groupe V et du Groupe III. Explique l'énergie d'ionisation et comment les dopants déplacent le niveau de Fermi.

Leçon 2 • Mobilité et résistivité dans les matériaux dopés

Examine comment la diffusion par les impuretés réduit la mobilité des porteurs et augmente la résistivité. Relie la concentration de dopage à des paramètres électriques mesurables.

Leçon 3 • Profils de diffusion et d'implantation ionique

Décrit comment les dopants sont introduits et répartis dans les wafers semiconducteurs par diffusion et implantation ionique. Prépare les étudiants aux sujets d'intégration des procédés.

Leçon 1 • Formation de la jonction et potentiel intégré

Explique comment la diffusion et la dérive établissent l'équilibre au niveau d'une jonction p-n. Dérive le potentiel intégré à partir des concentrations de dopage et de l'alignement du niveau de Fermi.

Leçon 2 • Effets non idéaux de la diode

Examine le courant de génération-recombinaison, la résistance série et les effets de haute injection qui provoquent un écart par rapport au comportement idéal. Prépare les étudiants à la caractérisation de dispositifs réels.

Leçon 3 • Capacité de jonction et claquage

Couvre les modèles de capacité de déplétion et de diffusion ainsi que les mécanismes de claquage par avalanche et Zener. Relie les paramètres de jonction à la conception de circuits haute fréquence et de protection.

Leçon 4 • Comportement en polarisation directe et inverse

Analyse l'injection de porteurs minoritaires en polarisation directe et l'élargissement de la zone de déplétion en polarisation inverse. Dérive l'équation de la diode idéale à partir de la diffusion des porteurs minoritaires.

Leçon 1 • Oxydation thermique

Analyse la cinétique d'oxydation sèche et humide à l'aide du modèle de Deal-Grove et des facteurs de qualité de l'oxyde. Relie les paramètres d'oxydation aux propriétés du diélectrique de grille et de l'oxyde d'isolation.

Leçon 2 • Croissance du cristal et préparation du wafer

Couvre la croissance du cristal par Czochralski et par zone fondue, le découpage du wafer et la préparation de surface. Établit les exigences de qualité du matériau de départ pour la fabrication de dispositifs.

Leçon 3 • Techniques de dépôt de couches minces

Couvre les méthodes de CVD, PVD et ALD pour déposer des diélectriques, des métaux et du polysilicium. Relie les paramètres de dépôt à la conformité, la contrainte et la composition du film.

Leçon 4 • Intégration du procédé CMOS

Séquençage complet du flux de fabrication CMOS depuis la formation des caissons jusqu'à la métallisation. Démontre comment les procédés unitaires se combinent pour former des transistors fonctionnels.

Leçon 1 • Analyse de la polarisation DC et de la droite de charge

Applique les lois de Kirchhoff pour établir des points de fonctionnement DC stables pour les amplificateurs à BJT. Couvre les configurations à polarisation fixe, à diviseur de tension et avec résistance d'émetteur.

Leçon 2 • Gain en courant et mécanismes de transport

Dérive le gain en courant en émetteur commun à partir du transport des porteurs minoritaires à travers la base. Identifie les facteurs limitant le gain, notamment la largeur de la base et la recombinaison.

Leçon 3 • Modèles petits signaux et amplificateurs

Introduit les modèles hybrides-pi et T pour l'analyse petits signaux des étages amplificateurs à BJT. Calcule le gain en tension, l'impédance d'entrée et l'impédance de sortie.

Leçon 4 • Structure et régions de fonctionnement du BJT

Décrit la géométrie des transistors npn et pnp et définit les régions active, de saturation et de blocage. Établit la base physique de la commutation et de l'amplification par transistor.

Leçon 1 • Caractéristiques I-V du MOSFET

Dérive les équations du courant de drain pour les régions linéaire et de saturation des MOSFETs à canal n et à canal p. Relie le modèle de contrôle de charge aux courbes de sortie mesurables du dispositif.

Leçon 2 • Dérivation de la tension de seuil

Dérive la tension de seuil à partir de la charge d'oxyde, de la différence de potentiel de sortie et de la charge de déplétion. Permet une conception quantitative des caractéristiques de commutation du MOSFET.

Leçon 3 • Physique du condensateur MOS

Examine les régimes d'accumulation, de déplétion et d'inversion dans les structures MOS sous polarisation de grille appliquée. Établit le modèle de contrôle de charge sous-tendant toute analyse du MOSFET.

Leçon 4 • Modèle petits signaux et amplificateurs à MOSFET

Développe le circuit équivalent petits signaux et l'applique aux topologies d'amplificateur en source commune, en grille commune et en suiveur de source. Calcule le gain et l'impédance pour chaque configuration.

Leçon 1 • Méthodes de caractérisation électrique

Couvre les mesures I-V, C-V et d'impédance pour les diodes, les MOSFETs et les BJTs. Établit le lien entre les courbes mesurées et la physique sous-jacente du dispositif.

Leçon 2 • Analyse physique et chimique

Introduit le SEM, le TEM, la XRD et la SIMS pour l'analyse structurale et compositionnelle des dispositifs semiconducteurs. Relie les mesures physiques aux performances du procédé et du dispositif.

Leçon 3 • Caractérisation du bruit

Couvre les sources de bruit thermique, de grenaille et de scintillement dans les dispositifs semiconducteurs et leur mesure. Relie les paramètres de bruit aux performances du circuit dans les applications analogiques et RF.

Leçon 1 • Dispositifs émergents post-CMOS

Examine les transistors à effet tunnel (TFET), les transistors à capacité négative (NCFET) et les transistors à matériaux 2D comme candidats pour prolonger la réduction d'échelle. Évalue leurs principes de fonctionnement et leur maturité actuelle.

Leçon 2 • Principes de réduction d'échelle CMOS

Applique les règles de réduction d'échelle à champ constant et généralisées pour prédire les tendances de performance, de puissance et de densité. Identifie les limites physiques qui motivent de nouvelles architectures de dispositifs.

Leçon 3 • Diélectriques High-k et grilles métalliques

Explique pourquoi les diélectriques de grille high-k remplacent le SiO2 et comment les grilles métalliques éliminent la déplétion du polysilicium. Couvre la sélection des matériaux, la qualité de l'interface et les défis d'intégration.

Leçon 4 • Technologie Silicium sur Isolant

Couvre la physique des dispositifs SOI complètement déplété et partiellement déplété ainsi que leurs avantages pour un fonctionnement à faible consommation. Aborde les effets de substrat flottant et la dépendance à l'historique.