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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…
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Conduction dans un semi conducteur
            dopé « p »
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Semi conducteur dopé « n »
Semi conducteur dopé « n »
• Introduction d’atomes trivalents, environ 1
  pour 10 millions d’atome de silicium
• Arsenic, antimoine, …
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
Tec
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
+   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

P                 N
Tec
jonction pn polarisée
   en sens inverse
    - sur l’anode
+


P       N
+


P       N
+


P       N
+


P       N
+


 P              N




Élargissement de la
 zone de déplétion
Tec
Transistors à effet de
       champ
Transistors à effet de
       champ
   1. TEC à jonction (jfet)
Symbole


             DRAIN
GRILLE



             SOURCE




         Canal N
Symbole


             DRAIN
GRILLE



             SOURCE




         Canal P
Source     Grille   Drain




    P
    N



     P




  Grille
Source     Grille   Drain




            P
canal       N



             P




          Grille
Source     Grille   Drain
   SiO2



              P
canal         N



               P




            Grille
Source     Grille   Drain




    P
    N



     P




  Grille
Source   Grille   Drain




           P
           N



            P




         Grille
+




S   G           D

        P
        N



        P




    G
zone de déplétion
                                    +




                    S       G               D

                                P
                        N       N       N


                                P




                            G
VGS = 0              déplacement des électrons
VDS faible                   +




             S       G           D

                         P
                 N       N       N


                         P




                     G
VGS = 0      iDS proportionnel à VDS
VDS faible                     +




             S         G           D

                           P
                 N         N       N


                           P




                       G
VGS = 0      iDS proportionnel à VDS
VDS faible                     +




             S         G           D

                           P
                 N         N       N


                           P




                       G



    Transistor en régime résistif
VGS = 0                  5V

VDS important                    +




                S        G           D

                             P
                                         N
                    N


                             P

                                                  5V
      0V

                         G


           1V                                4V
                    2V   3V
VGS = 0                 5V


                                        iDS≈cte
VDS important                   +




                S       G           D

                            P
                                        N
                    N


                            P




                        G



Transistor en régime de pincement
iDS mA
                     VGS= 0 V
         8

                                          régime de pincement
         6



          4        régime résistif



          2

              10         20          30        40




         -2

                                                                vDS
         -4
VGS < 0 faible                       +

VDS > 0
                         +

                 S           G               D

                                 P
                     N           N       N


                                 P




                             G



    Transistor en régime résistif
VGS < 0 moyenne                       +

VDS > 0
                          +

                  S           G               D

                                  P
                      N           N       N


                                  P




                              G



    Transistor en régime résistif
VGS < 0 importante                       +

VDS > 0
                             +

                     S           G               D

                                     P
                         N           N       N


                                     P




                                 G



    Transistor en régime résistif
Principe des TEC
iDS mA                  VGS= 0 V
         8

                          VGS= -2 V
         6

                               VGS= -4 V
          4
                                        VGS= -5,5 V
          2

              10   20              30           40    VGS= -6,7 V

                                                               vDS
         -2


         -4
iDS mA   iDS mA
                       VGS= 0 V
    10    10


    8      8
                        VGS= -1 V
     6     6
                        VGS= -2 V
     4     4
                         VGS= -3 V
     2     2

   vGS            10                20VGS= -6,7 V

                                            vDS
          -2


           -4
iDS mA   iDS mA
                         VGS= 0 V
    10    10


    8      8
                        VGS= -1 V
     6     6
                        VGS= -2 V
     4     4
                       VGS= -3 V
     2     2

   vGS            10      20VGS= -6,7 V

                                    vDS
          -2


           -4
iDS mA    iDS mA
                             VGS= 0 V
iDSS
       10     10


       8       8
                            VGS= -1 V
        6      6
                            VGS= -2 V
        4      4
                           VGS= -3 V
        2      2

       vGS            10      20VGS= -6,7 V

                                        vDS
              -2


               -4
iDS mA   iDS mA
                                              VGS= 0 V
                 iDSS
                         10    10


                         8      8
                                             VGS= -1 V
                          6     6
                                             VGS= -2 V
                          4     4
                                            VGS= -3 V
                          2     2

                        vGS            10      20VGS= -6,7 V

-6 V   -4 V   -2 V                                       vDS
                               -2


                                -4
iDS mA   iDS mA
                                              VGS= 0 V
                 iDSS
                         10    10


                         8      8
                                             VGS= -1 V
                          6     6
                                             VGS= -2 V
                          4     4
                                            VGS= -3 V
                          2     2

                        vGS            10      20VGS= -6,7 V

-6 V   -4 V   -2 V                                       vDS
                               -2


                                -4
iDS mA   iDS mA
                                              VGS= 0 V
                 iDSS
                         10    10


                         8      8
                                             VGS= -1 V
                          6     6
                                             VGS= -2 V
                          4     4
                                            VGS= -3 V
                          2     2

                        vGS            10      20VGS= -6,7 V

-6 V   -4 V   -2 V                                       vDS
                               -2


                                -4
iDS mA   iDS mA
                                                VGS= 0 V
                   iDSS
                           10    10


                           8      8
                                               VGS= -1 V
                            6     6
                                               VGS= -2 V
                            4     4
                                              VGS= -3 V
                            2     2

                          vGS            10      20VGS= -6,7 V

  -6 V   -4 V   -2 V                                       vDS
                                 -2

vGSoff
                                  -4
Caractéristique de transfert pour VDS = 15 V
                       iDS mA                          VGS= 0 V
                              iDSS
                                     10    10


                                     8     8
                                                      VGS= -1 V
                                      6    6
                                                      VGS= -2 V
                                      4    4
                                                     VGS= -3 V
                                      2    2
vGSoff                               vGS        10      20VGS= -6,7 V

         -6 V   -4 V   -2 V                                       vDS
                                           -2


                                           -4
Potentiomètre électronique : VDS commandé par VGS



                                  RD

       +
   V                              D

                              G
                                       VDS
                          +
                    VDS           S
iDS mA
               VGS= 0 V
     10

                 VGS= -1 V
     8
                      VGS= -2 V
     6


     4                    VGS= -3 V


     2

          10                   20
                                      vDS
    -2


     -4
Transistors à effet de
          champ
           2. transistor M.O.S.

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


              DRAIN

GRILLE
              substrat




              SOURCE




         Canal N
SiO2
            Source    Grille    Drain




                         N
              N+                 N+


                        P




                     substrat

film métallique

                   Canal N
VGS=0 ⇒   un canal existe

Source      Grille       Drain




              N
  N+                      N+


             P




         substrat

                     +


       Canal N
appauvrissement fort
+


Source      Grille           Drain




    N+                   N    N+


              P



               Zone dépeuplée d’électrons libres
           substrat

                     +


         Canal N
VGS faible
+
                            appauvrissement faible
Source         Grille       Drain




    N+    N                   N+


                 P




              substrat

                        +


         Canal N
VGS OFF
+


Source     Grille           Drain




    N+                       N+
                        N

             P




          substrat

                    +


         Canal N
enrichissement
         +


Source         Grille       Drain




  N+                         N+
                 N

                 P




              substrat

                        +


       Canal N
Symbole


              DRAIN


GRILLE        substrat




              SOURCE




         Canal P
VGS=0 ⇒   il y a un canal

Source    Grille       Drain




             P
  P+                    P+

             N




         substrat

                   +


       Canal P
VGS élevée appauvrissement fort
       +


Source          Grille       Drain




  P+       P                  P+

                  N



                   Zone dépeuplée de trous
               substrat

                         +


       Canal P
VGS faible      appauvrissement faible
       +


Source           Grille       Drain




  P+       P                   P+

                  N




               substrat

                          +


       Canal P
enrichissement
+


Source     Grille       Drain




    P+       P           P+


             N




          substrat

                    +


         Canal P
Transistors à effet de
       champ
    2. transistor M.O.S.

  2.2. M.O.S. à enrichissement
Symbole


              DRAIN

GRILLE
              substrat




              SOURCE




         Canal N
VGS=0 ⇒   il n’y a pas de canal
 SiO2
            Source          Grille    Drain




              N+                       N+
                            P




                        substrat

film métallique

                    Canal N
enrichissement
         +


Source         Grille       Drain




                 N
  N+                         N+


                 P




              substrat

                        +


       Canal N
enrichissement
         +


Source         Grille       Drain




  N+             N           N+


                 P




              substrat

                        +


       Canal N
enrichissement
         +


Source         Grille       Drain




  N+                         N+
                 N

                 P




              substrat

                        +


       Canal N
Symbole


              DRAIN

GRILLE
              substrat




              SOURCE




         Canal P
VGS=0 ⇒   il n’y a pas de canal
 SiO2
            Source          Grille    Drain




              P+                       P+
                            N




                        substrat

film métallique

                    Canal P
enrichissement
+


Source     Grille       Drain




             P
    P+                   P+


             N




          substrat

                    +


         Canal P
enrichissement
+


Source     Grille       Drain




    P+       P           P+


             N




          substrat

                    +


         Canal P
enrichissement
+


Source     Grille       Drain




    P+       P           P+


             N




          substrat

                    +


         Canal P
Comment savoir si un MOS conduit ou non




                   DRAIN

GRILLE
                   substrat




                   SOURCE
MOS P ⇒ canal (substrat) formé de trou pour une
          conduction drain - source



               DRAIN

GRILLE                      GRILLE    substrat
               substrat




               SOURCE
MOS P = interrupteur fermé



             DRAIN

GRILLE                  GRILLE
            substrat                  substrat




             SOURCE
enrichissement
+


Source     Grille       Drain




    P+       P           P+


             N




          substrat

                    +


         Canal P
MOS P = interrupteur ouvert



             DRAIN

GRILLE                  GRILLE
             substrat                  substrat




             SOURCE
enrichissement
         +


Source        Grille       Drain




  P+                        P+


                N




             substrat

                       +


       Canal P
enrichissement
         +


Source        Grille       Drain




  P+                        P+


                N




             substrat

                       +


       Canal P
MOS N ⇒ canal (substrat) formé d’électrons pour une
           conduction drain - source



                DRAIN

GRILLE                       GRILLE    substrat
                substrat




                SOURCE
MOS N = interrupteur fermé



             DRAIN

GRILLE                  GRILLE
             substrat                 substrat




             SOURCE
enrichissement
         +


Source         Grille       Drain




  N+                         N+
                 N

                 P




              substrat

                        +


       Canal N
MOS N = interrupteur ouvert



             DRAIN

GRILLE                  GRILLE
             substrat                  substrat




             SOURCE
enrichissement
+


Source      Grille       Drain




    N+                    N+
              P




           substrat

                     +


         Canal N
enrichissement
+


Source      Grille       Drain




    N+                    N+
              P




           substrat

                     +


         Canal N
Applications des MOS
    Circuits logiques
Tec
Tec
That’s all Folks

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Tec

  • 3. apparition des porteurs de charge « thermiques » paires « électrons-trous »
  • 4. Il y a environ 2 paires électron- trou pour 10 milliards d’atome à température ordinaire (20°C)
  • 5. 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
  • 6. T > 0°K électrons trous
  • 12. T > 0°K recombinaison
  • 14. Semi conducteur dopé « p » • Introduction d’atomes trivalents, environ 1 pour 10 millions d’atome de silicium • Indium, bore…
  • 24. Conduction dans un semi conducteur dopé « p »
  • 44. Semi conducteur dopé « n » • Introduction d’atomes trivalents, environ 1 pour 10 millions d’atome de silicium • Arsenic, antimoine, …
  • 53. P N
  • 54. P N
  • 55. P N
  • 56. P N
  • 57. P N
  • 58. P N
  • 59. P N Zone chargée négativement
  • 60. P N Zone chargée positivement
  • 61. P N Zone chargée positivement
  • 62. P N Zone chargée négativement
  • 63. P N Zone dépeuplée de porteurs de charge mobiles
  • 64. P N Zone de déplétion
  • 65. Polarisation de la jonction pn La diode
  • 66. jonction pn polarisée avec le + sur l’anode
  • 67. + P N
  • 68. + E<0,7 V P N
  • 69. + E>0,7 V P N
  • 70. + E>0,7 V P N
  • 71. + E>0,7 V P N
  • 72. + E>0,7 V P N
  • 73. + E>0,7 V P N
  • 74. + E>0,7 V P N
  • 75. + E>0,7 V P N
  • 76. + E>0,7 V P N
  • 77. + E>0,7 V P N
  • 78. + E>0,7 V P N
  • 80. jonction pn polarisée en sens inverse - sur l’anode
  • 81. + P N
  • 82. + P N
  • 83. + P N
  • 84. + P N
  • 85. + P N Élargissement de la zone de déplétion
  • 88. Transistors à effet de champ 1. TEC à jonction (jfet)
  • 89. Symbole DRAIN GRILLE SOURCE Canal N
  • 90. Symbole DRAIN GRILLE SOURCE Canal P
  • 91. Source Grille Drain P N P Grille
  • 92. Source Grille Drain P canal N P Grille
  • 93. Source Grille Drain SiO2 P canal N P Grille
  • 94. Source Grille Drain P N P Grille
  • 95. Source Grille Drain P N P Grille
  • 96. + S G D P N P G
  • 97. zone de déplétion + S G D P N N N P G
  • 98. VGS = 0 déplacement des électrons VDS faible + S G D P N N N P G
  • 99. VGS = 0 iDS proportionnel à VDS VDS faible + S G D P N N N P G
  • 100. VGS = 0 iDS proportionnel à VDS VDS faible + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif
  • 101. VGS = 0 5V VDS important + S G D P N N P 5V 0V G 1V 4V 2V 3V
  • 102. VGS = 0 5V iDS≈cte VDS important + S G D P N N P G Transistor en régime de pincement
  • 103. iDS mA VGS= 0 V 8 régime de pincement 6 4 régime résistif 2 10 20 30 40 -2 vDS -4
  • 104. VGS < 0 faible + VDS > 0 + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif
  • 105. VGS < 0 moyenne + VDS > 0 + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif
  • 106. VGS < 0 importante + VDS > 0 + S G D P N N N P G Transistor en régime résistif
  • 108. iDS mA VGS= 0 V 8 VGS= -2 V 6 VGS= -4 V 4 VGS= -5,5 V 2 10 20 30 40 VGS= -6,7 V vDS -2 -4
  • 109. iDS mA iDS mA VGS= 0 V 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V vDS -2 -4
  • 110. iDS mA iDS mA VGS= 0 V 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V vDS -2 -4
  • 111. iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V vDS -2 -4
  • 112. iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V -6 V -4 V -2 V vDS -2 -4
  • 113. iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V -6 V -4 V -2 V vDS -2 -4
  • 114. iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V -6 V -4 V -2 V vDS -2 -4
  • 115. iDS mA iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGS 10 20VGS= -6,7 V -6 V -4 V -2 V vDS -2 vGSoff -4
  • 116. Caractéristique de transfert pour VDS = 15 V iDS mA VGS= 0 V iDSS 10 10 8 8 VGS= -1 V 6 6 VGS= -2 V 4 4 VGS= -3 V 2 2 vGSoff vGS 10 20VGS= -6,7 V -6 V -4 V -2 V vDS -2 -4
  • 117. Potentiomètre électronique : VDS commandé par VGS RD + V D G VDS + VDS S
  • 118. iDS mA VGS= 0 V 10 VGS= -1 V 8 VGS= -2 V 6 4 VGS= -3 V 2 10 20 vDS -2 -4
  • 119. Transistors à effet de champ 2. transistor M.O.S. 2.1. M.O.S. à appauvrissement - enrichissement
  • 120. Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal N
  • 121. SiO2 Source Grille Drain N N+ N+ P substrat film métallique Canal N
  • 122. VGS=0 ⇒ un canal existe Source Grille Drain N N+ N+ P substrat + Canal N
  • 123. appauvrissement fort + Source Grille Drain N+ N N+ P Zone dépeuplée d’électrons libres substrat + Canal N
  • 124. VGS faible + appauvrissement faible Source Grille Drain N+ N N+ P substrat + Canal N
  • 125. VGS OFF + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N
  • 126. enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N
  • 127. Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal P
  • 128. VGS=0 ⇒ il y a un canal Source Grille Drain P P+ P+ N substrat + Canal P
  • 129. VGS élevée appauvrissement fort + Source Grille Drain P+ P P+ N Zone dépeuplée de trous substrat + Canal P
  • 130. VGS faible appauvrissement faible + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P
  • 131. enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P
  • 132. Transistors à effet de champ 2. transistor M.O.S. 2.2. M.O.S. à enrichissement
  • 133. Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal N
  • 134. VGS=0 ⇒ il n’y a pas de canal SiO2 Source Grille Drain N+ N+ P substrat film métallique Canal N
  • 135. enrichissement + Source Grille Drain N N+ N+ P substrat + Canal N
  • 136. enrichissement + Source Grille Drain N+ N N+ P substrat + Canal N
  • 137. enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N
  • 138. Symbole DRAIN GRILLE substrat SOURCE Canal P
  • 139. VGS=0 ⇒ il n’y a pas de canal SiO2 Source Grille Drain P+ P+ N substrat film métallique Canal P
  • 140. enrichissement + Source Grille Drain P P+ P+ N substrat + Canal P
  • 141. enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P
  • 142. enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P
  • 143. Comment savoir si un MOS conduit ou non DRAIN GRILLE substrat SOURCE
  • 144. MOS P ⇒ canal (substrat) formé de trou pour une conduction drain - source DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE
  • 145. MOS P = interrupteur fermé DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE
  • 146. enrichissement + Source Grille Drain P+ P P+ N substrat + Canal P
  • 147. MOS P = interrupteur ouvert DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE
  • 148. enrichissement + Source Grille Drain P+ P+ N substrat + Canal P
  • 149. enrichissement + Source Grille Drain P+ P+ N substrat + Canal P
  • 150. MOS N ⇒ canal (substrat) formé d’électrons pour une conduction drain - source DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE
  • 151. MOS N = interrupteur fermé DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE
  • 152. enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ N P substrat + Canal N
  • 153. MOS N = interrupteur ouvert DRAIN GRILLE GRILLE substrat substrat SOURCE
  • 154. enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ P substrat + Canal N
  • 155. enrichissement + Source Grille Drain N+ N+ P substrat + Canal N
  • 156. Applications des MOS Circuits logiques