Première partie : LE TRAVAIL DU SILICIUM

I - CONCEPTION DES CIRCUITS INTEGRES..

1 - Rappels sur la jonction PN .............................................................................................11- 1 - Atomes, liaisons atomiques ......................................................................................11 - 1 - 1 - Les gaz rares ......................................................................................................11 - 1 - 2 - Les liaisons métalliques .......................................................................................21 - 1 - 3 - Les liaisons ioniques ...........................................................................................21 - 1 - 4 - Les liaisons covalentes ........................................................................................31 - 2 - Les Semi-Conducteurs .............................................................................................31 - 2 - 1 - Le Silicium dopé "N" ............................................................................................31 - 2 - 2 - Le Silicium dopé "P" ............................................................................................31 - 3 - La jonction ................................................................................................41 - 4 - La jonction Métal - Semiconducteur ........................................................................ 6

I - 2 - Le Transistor Bipolaire ……………………………………………………………………….7

I - 3 - Le Transistor à effet de champ ....................................................................................8I - 3 - 1 - Le Transistor à effet de champ à jonctions JFET .......................................................8I - 3 - 2 - Le Transistor à effet de champ MOS à appauvrissement (Déplétion) ........................10I - 3 - 3 - Le Transistor à effet de champ MOS à enrichissement (Enhancement) .....................11

I - 4 - La fabrication des circuits intégrés ............................................................................11I - 4 -1 - La réalisation des monocristaux de Silicium ...............................................................12I - 4 - 2 - Purification des monocristaux de Silicium .................................................................13I - 4 - 3 - Sciage des plaquettes de Silicium .............................................................................13I - 4 - 4 - Dopage du Silicium ...................................................................................................13I - 4 - 4 - 1 -Nature -des dopants .............................................................................................13 I - 4 - 4 - 2 Techniques ...........................................................................................................13I - 4 - 4 - 2 - 1 L'épitaxie .........................................................................................................13I - 4 - 4 - 2 - 2 Diffusion ......................................................................................................... 13I - 4 - 4 - 2 - 3 Implantation ionique .........................................................................................14I - 4 - 4 - 3 Le masquage ........................................................................................................14I - 4 - 4 - 4 L'oxydation ............................................................................................................16I - 4 - 4 - 5 Les interconnexions et dépôts conducteurs ............................................................16I - 4 - 4 - 6 Réalisation des circuits intégrés à base de transistors bipolaires ...........................16I - 4 - 4 - 7 Réalisation des circuits intégrés à base de transistors MOS à enrichissement .......18

Deuxième partie : Choisir une technologie

II - TECHNOLOGIES DES CIRCUITS INTEGRES .................................................................20 II - 1 - Critères de choix des différentes technologies ........................................................20II - 1- 1 - Le prix ......................................................................................................................20Il - 1 - 2 - La fiabilité ................................................................................................................21 II - 1 - 3 - La rapidité ...............................................................................................................21II - 1 - 4 - Consommation ........................................................................................................22II - 1 - 5 - Immunité au bruit ....................................................................................................22

Troisième partie : les technologies à transistors bipolaires saturés

II - 2 - Les différentes technologies .....................................................................................24II - 2 - 1 - Technologies à base de Transistors Bipolaires Saturés ...........................................24

II - 2 - 1 - 1 La technologie DTL .............................................................................................24 II - 2 - 1 - 2 La technologie TTL .............................................................................................26 II - 2 - 1 - 2- 1 - L'inverseur TTL standard ...............................................................................26 II - 2 - 1 - 2- 2 - L'inverseur TTL Trigger de Schmit .................................................................27 II - 2 - 1 - 2- 3 - La porte Nand TTL standard ..........................................................................28 II - 2 - 1 - 2- 3 - 1Caractéristiques de la porte TTL std et ses deux sous familles H S et L P ....28 II - 2 - 1 - 2- 3 - 2Les références TTL .....................................................................................30 II - 2 - 1 - 3 La technologie TTL Schottky ................................................................................30 II - 2 - 1 - 4 La technologie TTL Schottky Avancée .................................................................32 II - 2 - 1 - 5 Les sorties des portes TTL ...................................................................................33

II - 2 - 1 - 5 - 1 - La sortie Totem Pole ....................................................................................33 II - 2 - 1 - 5 - 2 -La sortie à collecteur ouvert (Open Collector) .................................................34 II - 2 - 1 - 5 - 3 - La sortie trois états ( Tri Stats ) .....................................................................37

Quatrième partie : les technologies à transistors bipolaires non saturés

II - 2 - 2 - Technologie à transistors bipolaires non saturés .....................................................37 II - 2 - 2 - 1 - Base de la technologie ECL ...............................................................................37 II - 2 - 2 - 2 - La technologie ECL 10.000 (10K) ......................................................................39 II - 2 - 2 - 2 - 1 - Schéma de la porte de base ECL IOK ..........................................................39II – 2 - 2- 2 - 2 - Caractéristiques de la porte de base ECL 10K . .............................................40II – 2 - 2- 3 - Technologie ECL IOOK .......................................................................................40II – 2 - 2- 3 - 1 - Schéma de la porte de base ECL 100K ..........................................................40II – 2 - 2- 3 - 2 - Caractéristiques de la porte de base ECL 100K ..............................................42

Cinquième partie : les technologies à transistors MOS

V - Technologie à base de transistors à effet de champ MOS ....................................................44V - 1 - Un peu d'histoire des CMOS ...................................................................................44V - 2 - La CMOS 4000 .......................................................................................................44V - 2 - 1 - La porte de base CMOS 4000 ...........................................................................44V - 2 - 2 - Phénomène de Latch Up ...................................................................................46V - 2 - 3 - Les CMOS 4000 en commutateurs analogiques ................................................47V - 2 - 4 - Caractéristiques des CMOS 4000 .....................................................................48V - 2 - 4 - 1 - Résistance ON des transistors de sortie . ....................................................48V - 2 - 4 - 2 - Fréquence maximale d’utilisation .................................................................48V - 2 - 4 - 3 - Immunité au bruit . ......................................................................................49V - 2 - 4 - 4 - Consommation électrique ............................................................................50V - 2 - 5 - Caractéristique de la porte NAND 4011 .......................................................50V - 3 - La Famille CMOS 74C ......................................................................................51V - 4 - La Famille CMOS HC et HCT ............................................................................51V - 5 - La Famille CMOS AC et ACT ............................................................................52

Sixième partie : les technologies Bicmos

II – 2 – 4 - La technologie BiCMOS ..........................................................................................53II – 2 – 4 - 1 - Schéma de la porte NAND 74BCOO ..................................................................53II – 2 – 4 - 2 - Caractéristiques de la porte NAND 74BCOO ......................................................53II – 2 – 5 - Les circuits à Arséniure de Gallium ........................................................................54

Septième partie : les logiques basse tension

II – 3 Les circuits basse tension .............................................................................................54 II – 3 – 1 – Basse tension pourquoi ..........................................................................................54 II – 2 – 2 – Présentation des familles ........................................................................................54

Il - 3 - Le point aujourd'hui et quelques perspectives ................................................................58

VII MISE EN OEUVRE DES CIRCUITS INTEGRESVII - 1 - Généralités ................................................................................................................60VII - 2 - Entrées et Sorties ......................................................................................................60VII - 2- 1 - Polarisation des entrées .........................................................................................60VII - 2- 1 - 1 - Polarisation permanente ....................................................................................60

VII - 2- 1 - 2 - Polarisation par un composant de la même famille ............................................61VII - 2- 1 - 2 - 1 - Les CMOS ...................................................................................................61VII - 2- 1 – 2 - 2 - LesTTL ........................................................................................................63VII - 2- 1 - 3 - Polarisation par un composant d'une autre famille ..............................................64VII - 2- 1 - 3 - 1 - Association CMOS 4000 ' TTL ......................................................................64VII - 2- 1 - 3 - 2- Association CMOS HC ' TTL .........................................................................66VII - 2- 1 - 3 - 3- Association CMOS AC ' TTL .........................................................................67

VII - 2- 1 - 4 - Polarisation par un composant mécanique, électromécanique ou une électronique éloignée ..68VII – 2 - 1- 4 -1- Généralités ....................................................................................................68VII - 2- 1 - 4 - 2 - Élimination des rebonds de contact ..............................................................68VII - 2- 1 - 4 - 3 - Protection contre les parasites ......................................................................70VII - 2- 1 - 4 - 3 - 1 - Parasites générés par les relais électromagnétiques ................................70VII - 2- 1 - 4 - 3 - 2 -Commande par opto-coupleurs ...........................................................71