Cours de transistor MOS

Cours 5GPM
Edition 2000-2001
TRANSISTOR MOS A EFFET DE CHAMP
Eléments de théorie et de pratique
P. MASSON
et
J.L. AUTRAN
Edition 2000-2001
INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
Département Science et Génie des Matériaux
DEA Dispositif de l’Electronique Intégrée

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Avertissement
Le présent document est la deuxième version d'un cours sur le transistor métal-oxyde-
semiconducteur (MOS) à effet de champ. L'étude théorique est restreinte au cas du
transistor à canal n dans un régime non saturé (avant pincement du canal). Le cas du
transistor à canal p est traité (intégralement) en annexe.
Les auteurs tiennent à remercier très sincèrement G. Ghibaudo et P. Gentil (LPCS,
ENSERG, Grenoble) pour leurs suggestions et leur lecture critique du document. Ils
remercient également par avance les lecteurs qui voudront bien leur faire part de leurs
remarques et corrections concernant le fond et la forme du document.
Copyright © 1998, 2000 P. Masson et J.L. Autran. Tous droits réservés.

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Table des matières
Avertissement ................................................................................................. 3
Table des matières ......................................................................................... 5
Table des symboles ......................................................................................... 7
Introduction générale ................................................................................. 11
Chapitre I : Etude préliminaire du transistor MOS ........................... 12
I.1. Convention d’écriture .......................................................................................... 12
I.2. Densité de porteurs dans le semi-conducteur ................................................. 13
I.3. Expression préliminaire du courant ................................................................. 15
I.3.1. Séparation des termes de diffusion et de conduction ........................................... 16
I.3.2. Association des termes de diffusion et de conduction .......................................... 16
I.4. Détermination de la charge totale dans le semi-conducteur QSC ................ 18
I.4.1. Expression de la charge QSC ................................................................................. 18
I.4.2. Cas de l’inversion faible et forte ........................................................................... 21
I.5. Détermination de la charge de la zone désertée QD ....................................... 22
I.6. Détermination de la charge d’inversion Qn ..................................................... 23
I.7. Expression de S en fonction de V(x), VGS et VBS ............................................ 24
I.8. Dépendance des différents paramètres avec la distance à l’interface ....... 26
Chapitre II : Le transistor MOS en inversion faible avant saturation
................................................................................................ 29
II.1. Approche complète : courant de diffusion et de conduction ....................... 29
II.1.1. Expression analytique du potentiel de surface .................................................... 29
II.1.2. Expression du courant en inversion faible ........................................................... 31
II.1.3. Détermination de C(x) ........................................................................................ 32
II.1.4. Illustration ............................................................................................................ 34
I.3. Approche simplifiée (courant de diffusion) ..................................................... 36
I.3.1. Calcul de la relation IDS(S) ................................................................................... 36
Chapitre III : Le transistor MOS en inversion forte avant saturation 39
III.1. Expression préliminaire du courant ................................................................. 39
III.2. Expression de QSC .................................................................................................. 40
Expression de QD .............................................................................................................. 40