Composants à semi-conducteurs : physiques - Université Paris-Sud

Composants à semi-conducteurs : physiques des dispositifs
et circuits intégrés
Responsable : Philippe DOLLFUS (01 69 15 72 83)
OBJECTIFS : Acquérir les bases théoriques utiles à la compréhension des mécanismes mis en jeu dans le
fonctionnement des composants semi-conducteurs (20h cours + 12h TP)
Public : Ingénieurs, chercheurs
* Cours 1 : Connaissances de bases sur les matériaux semiconducteurs (6h)
Description des structures cristallines du silicium et de l’arseniure de gallium pour aller jusqu'aux modèles de
transport élémentaires (dérive-diffusion). A l'aide de quelques bases de mécanique quantique adaptées au cas des
semiconducteurs, des notions telles que la structure de bandes d'énergie, la statistique d'occupation de ces
niveaux et la modélisation du transport sont abordées.
* Cours 2 : La jonction PN, les diodes à SC (6h)
La jonction PN est présentée schématiquement, puis mise en équation avec le modèle dérive-diffusion, pour
aboutir au courant direct en faible injection et au courant inverse (essentiellement génération dans la zone de
charge d'espace). Les autres modes de conduction en direct sont décrits : courant de recombinaison, très forte
injection, régime ohmique. Sont vus ensuite d'autres types de diodes : Schottky, Gunn, tunnel.
* Cours 3 : Les transistors à effet de champ (3h cours + 2h TP)
Enfin, après avoir passé en revue les différents transistors à effet de champ (JFET, MESFET, HEMT,
MOSFET), le MOSFET est vu plus en détail, dans le cadre d'applications numériques CMOS et en étudiant les
problèmes de dimensionnement quand on réduit sa longueur de grille dans une perspective de "fin de roadmap".
Avec notamment l'intérêt des technologies multi-grilles sur SOI... Ce cours est complété par un TP de simulation
physique de MOSFET basé sur le logiciel commercial Silvaco.
* Cours 4 : Technologies futures ou alternatives (1h)
Différentes technologies sont abordées telles que les transistors à nanotubes de carbone, ceux à blocage de
Coulomb et un peu plus en détail ceux relatifs à l'électronique de spin (magnétorésistance géante, jonctions
tunnel magnétiques, MRAM...).
* Cours 5 : Composants optoélectroniques à semi-conducteurs (4h cours + 3h TP)
- Matériaux semiconducteurs pour l’optoélectronique
- Effets de basse dimensionnalité dans les composants optoélectroniques
- Interactions lumière-semiconducteurs : absorption, émission spontanée, émission stimulée
- Composants d'émission (diodes électroluminescentes, diodes laser, VCSEL) : jonction PN en direct, cavités
optiques pour les lasers, condition de gain optique (inversion des populations), différents types de laser
- Composants de réception (photodiodes PIN, photodiodes à avalanche) et circuits associés
* Cours/TP 6 : Mise en œuvre de transistors MOS (7 h TP)
Dans cette partie, sous forme de Cours/TP devant des stations de travail CAO, les modèles simplifiés des
transistors MOS sont présentés ainsi que leur utilisation pour concevoir des fonctions électroniques numériques
(portes logiques) ou analogiques (sources de courants, de tension, amplificateurs). Des simulations sous
CADENCE sont effectuées pour retrouver les principales caractéristiques des composants (paramètres des
modèles) ou des circuits étudiés (temps de réponse des circuits numériques, gain et résistance de sortie des
circuits analogiques …).
Intervenants : P. Dollfus, J. Saint-Martin, E. Cassan, H. Mathias
LIEU : CTU-IEF-MINERVE, Université Paris-Sud, Bât. 220, 91405 ORSAY Cedex
ORGANISATION : 5 jours - Cours et travaux pratiques - 10 stagiaires maximum.
Coût : 1 500 euros
Date du stage : lundi 23 mai au vendredi 27 mai 2011