Première partie : LE TRAVAIL DU SILICIUM I - CONCEPTION DES CIRCUITS INTEGRES.. 1 - Rappels sur la jonction PN 1 11 - Atomes, liaisons atomiques 1 11 - 1 - Les gaz rares 1 11 - 2 - Les liaisons métalliques 2 11 - 3 - Les liaisons ioniques 2 11 - 4 - Les liaisons covalentes 3 1 - 2 - Les Semi-Conducteurs 3 1 - 2 - 1 - Le Silicium dopé "N" 3 1 - 2 - 2 - Le Silicium dopé "P" 3 1 - 3 - La jonction ................................................................................................4 1 - 4 - La jonction Métal - Semiconducteur 6 I - 2 - Le Transistor Bipolaire ……………………………………………………………………….7 I - 3 - Le Transistor à effet de champ ......................................................................................... 8 I - 3 - 1 - Le Transistor à effet de champ à jonctions JFET ........................................................... 8 I - 3 - 2 - Le Transistor à effet de champ MOS à appauvrissement (Déplétion) .......................... 10 I - 3 - 3 - Le Transistor à effet de champ MOS à enrichissement (Enhancement) ...................... 11 I - 4 - La fabrication des circuits intégrés ................................................................................ 11 I - 4 -1 - La réalisation des monocristaux de Silicium ................................................................... 12 I - 4 - 2 - Purification des monocristaux de Silicium ..................................................................... 13 I - 4 - 3 - Sciage des plaquettes de Silicium ................................................................................. 13 I - 4 - 4 - Dopage du Silicium ........................................................................................................ 13 I - 4 - 4 - 1 -Nature -des dopants .................................................................................................. 13 I - 4 - 4 - 2 Techniques ................................................................................................................. 13 I - 4 - 4 - 2 - 1 L'épitaxie ............................................................................................................... 13 I - 4 - 4 - 2 - 2 Diffusion ............................................................................................................... 13 I - 4 - 4 - 2 - 3 Implantation ionique ............................................................................................. 14 I - 4 - 4 - 3 Le masquage .............................................................................................................. 14 I - 4 - 4 - 4 L'oxydation .................................................................................................................. 16 I - 4 - 4 - 5 Les interconnexions et dépôts conducteurs ............................................................... 16 I - 4 - 4 - 6 Réalisation des circuits intégrés à base de transistors bipolaires ............................. 16 I - 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 ............................................................ 20 II - 1- 1 - Le prix ............................................................................................................................ 20 Il - 1 - 2 - La fiabilité ...................................................................................................................... 21 II - 1 - 3 - La rapidité ..................................................................................................................... 21 II - 1 - 4 - Consommation ............................................................................................................. 22 II - 1 - 5 - Immunité au bruit ......................................................................................................... 22 Troisième partie : les technologies à transistors bipolaires saturés II - 2 - Les différentes technologies .......................................................................................... 24 II - 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 .............................................................. 39 II – 2 - 2- 2 - 2 - Caractéristiques de la porte de base ECL 10K . ................................................ 40 II – 2 - 2- 3 - Technologie ECL IOOK ........................................................................................... 40 II – 2 - 2- 3 - 1 - Schéma de la porte de base ECL 100K ............................................................. 40 II – 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 ...................................................... 44 V1 - Un peu d'histoire des CMOS ........................................................................................ 44 V2 - La CMOS 4000 ............................................................................................................ 44 V2 - 1 - La porte de base CMOS 4000 ............................................................................... 44 V2 - 2 - Phénomène de Latch Up ....................................................................................... 46 V2 - 3 - Les CMOS 4000 en commutateurs analogiques ................................................... 47 V2 - 4 - Caractéristiques des CMOS 4000 ......................................................................... 48 V2 - 4 - 1 - Résistance ON des transistors de sortie . ....................................................... 48 V2 - 4 - 2 - Fréquence maximale d’utilisation .................................................................... 48 V2 - 4 - 3 - Immunité au bruit . .......................................................................................... 49 V2 - 4 - 4 - Consommation électrique ............................................................................... 50 V2 - 5 - Caractéristique de la porte NAND 4011 .......................................................... 50 V3 - La Famille CMOS 74C ........................................................................................... 51 V4 - La Famille CMOS HC et HCT ................................................................................ 51 V5 - La Famille CMOS AC et ACT ................................................................................ 52 Sixième partie : les technologies Bicmos II – 2 – 4 - La technologie BiCMOS ............................................................................................... 53 II – 2 – 4 - 1 - Schéma de la porte NAND 74BCOO ...................................................................... 53 II – 2 – 4 - 2 - Caractéristiques de la porte NAND 74BCOO ......................................................... 53 II – 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 INTEGRES VII - 1 - Généralités ...................................................................................................................... 60 VII - 2 - Entrées et Sorties ............................................................................................................ 60 VII - 2- 1 - Polarisation des entrées .............................................................................................. 60 VII - 2- 1 - 1 - Polarisation permanente ........................................................................................ 60 VII - 2- 1 - 2 - Polarisation par un composant de la même famille ............................................... 61 VII - 2- 1 - 2 - 1 - Les CMOS ......................................................................................................... 61 VII - 2- 1 – 2 - 2 - LesTTL ............................................................................................................. 63 VII - 2- 1 - 3 - Polarisation par un composant d'une autre famille ................................................ 64 VII - 2- 1 - 3 - 1 - Association CMOS 4000 ' TTL .......................................................................... 64 VII - 2- 1 - 3 - 2- Association CMOS HC ' TTL .............................................................................. 66 VII - 2- 1 - 3 - 3- Association CMOS AC ' TTL .............................................................................. 67 VII - 2- 1 - 4 - Polarisation par un composant mécanique, électromécanique ou une électronique éloignée ..68 VII – 2 - 1- 4 -1- Généralités ......................................................................................................... 68 VII - 2- 1 - 4 - 2 - Élimination des rebonds de contact .................................................................. 68 VII - 2- 1 - 4 - 3 - Protection contre les parasites .......................................................................... 70 VII - 2- 1 - 4 - 3 - 1 - Parasites générés par les relais électromagnétiques .................................. 70 VII - 2 - 1 - 4 - 3 - 2 -Commande par opto-coupleurs .............................................................. 71