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Analyse temporelle des circuits numériques

Dispositifs et modèles MOSDispositifs et modèles MOSMASTER ACSI M2MASTER ACSI M2

Prof. Habib MEHREZ

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Caractérisation électrique

Les différents aspects de la circuiterie

1. Procédé technologique

2. Stade de la modélisation électrique (statique et dynamique)

3. Modélisation logique

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Les différents aspects de la circuiterie

1. Procédé technologique-  Processus de développement de la technologie

-  Lois physiques ( physique des semi-conducteurs )

- Procédés chimiques

=> Modèles et Paramètres techno liés aux - transistors

- capacités

- résistances

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Les différents aspects de la circuiterie 2. Stade de la modélisation électrique (statique et dynamique)

Définition de modèles de simulation           - Etude de l'influence de la température          - Incidence des paramètres          - Influence des dimensions des transistors          - Etude de pire cas - vitesse                                         - puissance                                       - complexité => caractérisation d'une bibliothèque de cellules

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Les différents aspects de la circuiterie

3. Modélisation logique

     - Définition de normes (CMOS,TTL, ECL, etc.)

     - Sortance , Marges de bruit

     - Temps de propagation

- Temps de montée et de descente

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Fabrication

WAFER

Procédés physiques

et chimiques

Test sous pointeset Tri

Test etpackaging

TestEt fourniture

Utilisateur final

Les différentes étapes de fabrication

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Oxyde

SiO2

Résine Photorésistante

UV

Masque Fenêtre

Impuretés type P

N NN N N

P

Exemple de photolithographieNotion de Masque

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Dispositifs MOS

1. Transistor NMOS à enrichissementL

W

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Transistor NMOS à enrichissement Caractéristique Symboles

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Transistor N-MOS

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Dispositifs MOS

2. Transistor NMOS à appauvrissement ou depleté

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Dispositifs MOS

Caractéristique SymbolesD

S

BG

D

S

G

D

S

G

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Dispositifs MOS

3. Transistor PMOS à enrichissement

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Dispositifs MOS Caractéristique Symboles

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Dispositifs MOS

4. Transistor PMOS à appauvrissement ou depleté

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Dispositifs MOS

Caractéristique SymbolesD

S

BG

D

S

G

D

S

G

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Dispositifs MOS

5. Structure CMOS

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Modèle statique d'un transistor MOS

Paramètres et definitions • μn : mobilité des électrons• Cox : capacité d'oxyde mince• Wn : largeur canal N• Ln : longeur canal N• Kn : • μn : μn0/1+ θ(Vgs-VTn)• θ : paramètre déterminant l'effet de champ

éléct dans la canal

N

Nox

n

L

WC

2

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Modèle statique d'un transistor MOS

Paramètre et definitions• VTn : VTn0 + γ (Tension de seuil)• γ : (traduit l’effet du champ)

• εsi : permittivité diélectrique de silicium• DBN : concentration des porteurs de charge• Φ : Potentiel d’inversion en surface• DNI: concentration intrinsèque

• q : charge élémentaire d'un électron• k : constante de Boltzman• T : température• VSB : tention source - Bulk

SBV

DNBqCox

si21

DNI

DNB

q

kTlg

2

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Régions de fonctionnement

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Régions de fonctionnement

• Région de blocage: VGS < VTN => IDS = 0

• Région de saturation: 0 < VGS – VTN < VDS

IDS = Kn(VGS – VTN )2(1+λVDS)

Kn =

λ: paramètre de modulation de la longeur du canal

0.02 < λ < 0.04

• Région ohmique ou linéaire: 0 < VDS < VGS – VTN

IDS = Kn VDS[2(VGS – VTN ) – VDS](1+λVDS)

N

Nox

n

L

WC

2

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Modèle simplifié d'un transistor NMOS

θ = 0 λ = 0 VTN = VTN0

• Région bloqué:

VGS < VTN => IDS = 0

• Région saturé:

0 < VGS – VTN < VDS

IDS = Kn(VGS – VTN )2

• Région ohmique ou linéaire:

0 < VDS < VGS – VTN

IDS = Kn [2(VGS – VTN )VDS – VDS2]

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Modèle simplifié d'un transistor PMOSVTP < 0

• Région bloqué:

VGS > VTP => IDS = 0

• Région saturé:

VDS < VGS – VTP < 0

IDS = – Kp(VGS – VTP )2

• Région ohmique ou linéaire:

VGS – VTP < VDS < 0

IDS = – Kp [2(VGS – VTP )VDS – VDS2]

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Modèle dynamique du transistor MOS

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Modèle de Schichman - HODGES


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