rappels : semi conducteurs. t = 0°k apparition des porteurs de charge « thermiques » paires «...

Rappels :Semi conducteurs

T = 0°K

apparition des porteurs de charge « thermiques »

paires « électrons-trous »

Il y a environ 2 paires électron-trou pour 10 milliards d’atome à

température ordinaire (20°C)

Il y a environ dix mille milliards de milliards d’atome (1022) dans

un gramme de silicium, donc deux mille milliards (2x1012)

d’électrons libres par gramme de silicium

T > 0°K électrons

trous

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

T > 0°K

recombinaison

Semi conducteur dopé « p »

Semi conducteur dopé « p »

• Introduction d’atomes trivalents, environ 1 pour 10 millions d’atome de silicium

• Indium, bore…

Conduction dans un semi conducteur dopé « p »

Semi conducteur dopé « n »

Semi conducteur dopé « n »

• Introduction d’atomes trivalents, environ 1 pour 10 millions d’atome de silicium

• Arsenic, antimoine, …

Jonction pn

P N

P N

P N

P N

P N

P N

P N

Zone chargée négativement

P N

Zone chargée positivement

P N

Zone chargée positivement

P N

Zone chargée négativement

P N

Zone dépeuplée de porteurs de charge mobiles

P N

Zone de déplétion

Polarisation de la jonction pn

La diode

jonction pn polarisée avec le+ sur l’anode

P N

+

P N

E<0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

P N

E>0,7 V+

jonction pn polariséeen sens inverse

- sur l’anode

P N

+

P N

+

P N

+

P N

+

P N

+

Élargissement de lazone de déplétion

Transistors à effet de champ

Transistors à effet de champ

1. TEC à jonction (jfet)

Symbole

DRAIN

SOURCE

GRILLE

Canal N

Symbole

DRAIN

SOURCE

GRILLE

Canal P

P

Source Grille Drain

P

N

Grille

P

Source Grille Drain

P

N

Grille

canal

P

Source Grille Drain

P

N

Grille

canal

SiO2

P

Source Grille Drain

P

N

Grille

P

Source Grille Drain

P

N

Grille

S G D

N

G

+

P

P

S G D

N

G

+

P

P

zone de déplétion

NN

S G D

N

G

+

P

P

déplacement des électrons

NN

VGS = 0

VDS faible

S G D

N

G

+

P

P

NN

VGS = 0

VDS faible

iDS proportionnel à VDS

S G D

N

G

+

P

P

NN

VGS = 0

VDS faible

iDS proportionnel à VDS

Transistor en régime résistif

S G D

G

+

P

NN

VGS = 0

VDS important

P

5 V

5V

4V

0V

1V2V 3V

S G D

G

+

P

NN

VGS = 0

VDS important

P

5 V

Transistor en régime de pincement

iDScte

iDS mA

vDS

10 3020 40

- 2

2

4

6

8VGS= 0 V

- 4

régime de pincement

régime résistif

S G D

N

G

+

P

P

NN

+

VGS < 0 faible

VDS > 0

Transistor en régime résistif

S G D

N

G

+

P

P

NN

+

VGS < 0 moyenne

VDS > 0

Transistor en régime résistif

S G D

N

G

+

P

P

NN

+

VGS < 0 importante

VDS > 0

Transistor en régime résistif

Principe des TEC

iDS mA

vDS

10 3020 40

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -2 V

VGS= 0 V

VGS= -4 V

VGS= -5,5 V

VGS= -6,7 V

iDS mA

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mA

vGS

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mAiDS mA

vGS

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mAiDS mA

vGS

iDSS

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mAiDS mA

vGS

iDSS

-2 V-4 V-6 V

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mAiDS mA

vGS

iDSS

-2 V-4 V-6 V

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mAiDS mA

vGS

iDSS

-2 V-4 V-6 V

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mAiDS mA

vGS

iDSS

-2 V-4 V-6 V

vGSoff

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

VGS= -6,7 V

10

2

4

6

8

10

iDS mA

vGS

iDSS

-2 V-4 V-6 V

Caractéristique de transfert pour VDS = 15 V

vGSoff

V

+

+VDS

D

S

VDS

RD

G

Potentiomètre électronique : VDS commandé par VGS

vDS

10 20

- 2

2

4

6

8

- 4

VGS= -1 V

VGS= 0 V

VGS= -2 V

VGS= -3 V

10

iDS mA

Transistors à effet de champ

2. transistor M.O.S.

2.1. M.O.S. à appauvrissement - enrichissement

Symbole

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

Canal N

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

SiO2

film métallique

Canal N

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

VGS=0 un canal existe

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Zone dépeuplée d’électrons libres

Canal N

+appauvrissement fort

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+VGS faible

appauvrissement faible

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+VGS OFF

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+

enrichissement

Symbole

DRAIN

SOURCE

GRILLE substrat

Canal P

Source Grille Drain

substrat

N

PP+P+

+

Canal P

VGS=0 il y a un canal

Source Grille Drain

substrat

N

P P+P+

+

Zone dépeuplée de trous

Canal P

+appauvrissement fortVGS élevée

Source Grille Drain

substrat

N

P P+P+

+

Canal P

+VGS faible appauvrissement faible

Source Grille Drain

substrat

N

P P+P+

+

Canal P

+enrichissement

Transistors à effet de champ

2. transistor M.O.S.

2.2. M.O.S. à enrichissement

Symbole

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

Canal N

Source Grille Drain

substrat

PN+N+

SiO2

film métallique

Canal N

VGS=0 il n’y a pas de canal

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+

enrichissement

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+

enrichissement

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+

enrichissement

Symbole

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

Canal P

Source Grille Drain

substrat

NP+P+

SiO2

film métallique

Canal P

VGS=0 il n’y a pas de canal

Source Grille Drain

substrat

N

PP+P+

+

Canal P

+enrichissement

Source Grille Drain

substrat

N

P P+P+

+

Canal P

+enrichissement

Source Grille Drain

substrat

N

P P+P+

+

Canal P

+enrichissement

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

Comment savoir si un MOS conduit ou non

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

MOS P canal (substrat) formé de trou pour uneconduction drain - source

GRILLE substrat

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

MOS P = interrupteur fermé

GRILLEsubstrat

Source Grille Drain

substrat

N

P P+P+

+

Canal P

+enrichissement

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

MOS P = interrupteur ouvert

GRILLEsubstrat

Source Grille Drain

substrat

N

P+P+

+

Canal P

+enrichissement

Source Grille Drain

substrat

N

P+P+

+

Canal P

+enrichissement

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

MOS N canal (substrat) formé d’électrons pour uneconduction drain - source

GRILLE substrat

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

MOS N = interrupteur fermé

GRILLEsubstrat

Source Grille Drain

substrat

N

P

N+N+

+

Canal N

+

enrichissement

DRAIN

SOURCE

GRILLEsubstrat

MOS N = interrupteur ouvert

GRILLEsubstrat

Source Grille Drain

substrat

PN+N+

+

Canal N

+enrichissement

Source Grille Drain

substrat

PN+N+

+

Canal N

+enrichissement

Applications des MOS

Circuits logiques

e1

e2

e3

e4

+VDD

S

e1

e2

e3

e4

+VDD

S

That’s all Folks