CIRCUITS INTÉGRÉS
Principe de fonctionnement du transistor MOS
Circuits intégrés : transistor CMOS
Encyclopædia Universalis France
Le transistor MOS est généralement fait à base de silicium, matériau semi-conducteur (fig. 1). À l'état pur, le silicium, lorsqu'il se présente sous forme de cristal (état organisé), possède une faible conductibilité (c'est-à-dire une grande résistivité, proche de celle des isolants) qu'il est possible de contrôler par l'ajout d'impuretés. Elle peut ainsi varier de plusieurs ordres de grandeur si on y introduit, en très faibles quantités (à raison d'un atome pour 10 000), des atomes dits dopants, comme le bore ou l'arsenic. Ces derniers s'insèrent dans le cristal sans le déformer, en se substituant à des atomes de silicium. Ils en modifient le comportement électrique par création d'un surplus ou d'un manque d'électrons dans la structure.
Circuits intégrés : silicium de type N et P
Encyclopædia Universalis France
Le silicium possède quatre électrons sur sa couche externe qui sont tous utilisés pour former le cristal. Les dopants présentent quant à eux, sur leur couche externe, soit cinq électrons (cas de l'arsenic), soit trois électrons (cas du bore). Le premier type d'atome dopant présente donc un électron excédentaire pour la structure du cristal. Cet électron supplémentaire, mobile, peut transporter un courant électrique ; le silicium est alors dit de type N (négatif) car les électrons constituent les porteurs majoritaires du courant (fig. 2a). En revanche, les dopants à trois électrons créent un manque d'électron dans la structure, donc un « trou ». Ce dernier se déplace en attirant les électrons des atomes voisins ; il peut donc aussi transporter un courant. Le silicium est alors dit de type P (positif) car les trous sont les porteurs majoritaires du courant (fig. 2b). Ainsi, le silicium dopé, qu'il soit de type N ou P, est conducteur puisqu'il possède des électrons ou des trous mobiles.
Circuits intégrés : la diode et son comportement électrique
Encyclopædia Universalis France
Une diode est constituée par une zone dopée N accolée à une zone dopée P (fig. 3). La zone de contact, la jonction PN, possède des caractéristiques remarquables : le courant électrique ne peut circuler que de la zone P vers la zone N, à condition que la tension appliquée soit supérieure à une tension de seuil, de l'ordre de 0,6 V.
Circuits intégrés : création d'un canal conducteur entre deux zones N
Encyclopædia Universalis France
Pour fabriquer un transistor, on place deux zones N de part et d'autre d'une zone P. Si la zone P est à 0 volt et les zones N à des tensions supérieures, alors le courant ne peut pas circuler entre les deux zones N, en vertu des caractéristiques de la jonction PN précisées au paragraphe précédent. On place maintenant un conducteur, nommé grille, à quelques nanomètres au-dessus de la zone P, sans contact électrique avec aucune des zones. Si on applique, sur cette grille une tension supérieure à 0 V (plus exactement, une tension supérieure à la tension de seuil de la diode), alors la grille va attirer les électrons de la zone P. Ainsi, sous la grille, se trouve une région riche en électrons mobiles, se comportant comme une zone N et non plus comme une zone P. Cette région forme un canal conducteur entre les zones N et le courant peut alors circuler dans les deux sens. Par convention, on nomme drain la zone N où pénètre le courant et source la zone N d'où sort le courant (fig. 4). Le transistor fonctionne ici comme un interrupteur commandé. Un phénomène similaire peut être observé avec deux zones P en sandwich autour d'une zone N, en appliquant les tensions adéquates.
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Écrit par
- Frédéric PÉTROT : docteur en informatique, maître de conférence à l'université Pierre et Marie Curie
- Franck WAJSBÜRT : maître de conférences en informatique au LIP6 (laboratoire d'informatique de l'université Paris-6)
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Circuits intégrés : transistor CMOS
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