Cours de semi-conducteurs

Leçon 1 • Structure atomique et liaisons

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

Leçon 2 • Mécanismes de transport des porteurs

Couvre la dérive et la diffusion comme les deux processus principaux 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 des semiconducteurs purs, la concentration intrinsèque des porteurs et la génération thermique de paires électron-trou. Fournit la base de référence 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 aux paramètres électriques mesurables.

Leçon 3 • Profils de diffusion et d'implantation ionique

Décrit comment les dopants sont introduits et distribués dans les tranches semiconductrices 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 à 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 de diode non idéaux

Examine le courant de génération-recombinaison, la résistance série et les effets d'injection élevée qui provoquent un écart par rapport au comportement idéal. Prépare les étudiants à la caractérisation des 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 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 cristalline et préparation des tranches

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

Leçon 3 • Techniques de dépôt de couches minces

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

Leçon 4 • Intégration du procédé CMOS

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

Leçon 1 • Polarisation continue et analyse de la droite de charge

Applique les lois de Kirchhoff pour établir des points de fonctionnement continu stables pour les amplificateurs BJT. Couvre les configurations à polarisation fixe, par diviseur de tension et par stabilisation 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 base et la recombinaison.

Leçon 3 • Modèles petits signaux et amplificateurs

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

Leçon 4 • Structure BJT et régions de fonctionnement

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 des transistors.

Leçon 1 • Caractéristiques I-V du MOSFET

Dérive les équations du courant de drain pour les régions linéaire et de saturation des MOSFET 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 travail de sortie et de la charge de déplétion. Permet la 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-jacent à toute analyse MOSFET.

Leçon 4 • Modèle petit signal MOSFET et amplificateurs

Développe le circuit équivalent petits signaux et l'applique aux topologies d'amplificateurs en montage source commune, grille commune et 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 MOSFET et les BJT. Établit le lien entre les courbes mesurées et la physique sous-jacente des dispositifs.

Leçon 2 • Analyse physique et chimique

Présente le MEB, le MET, la DRX et le 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 scintillation (flicker) dans les dispositifs semiconducteurs et leur mesure. Relie les paramètres de bruit aux performances des circuits dans les applications analogiques et RF.

Leçon 1 • Dispositifs émergents au-delà du CMOS

Présente les transistors à effet tunnel (tunnel FET), les transistors à capacité négative 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 à haute permittivité (high-k) et grilles métalliques

Explique pourquoi les diélectriques de grille à haute permittivité 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 totalement et partiellement déplétés et leurs avantages pour le fonctionnement à faible puissance. Aborde les effets de substrat flottant et la dépendance à l'historique.