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Un semiconducteur non dopé est dit intrinsèque

Notion de dopage. Le dopage permet d’améliorer la conductivité du matériau en lui apportant artificiellement et de façon contrôlée des charges libres. Un semiconducteur non dopé est dit intrinsèque. Un semiconducteur dopé est dit extrinsèque. Semiconducteur dopé N.

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Un semiconducteur non dopé est dit intrinsèque

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Presentation Transcript

  1. Notion de dopage Le dopage permet d’améliorer la conductivité du matériau en lui apportant artificiellement et de façon contrôlée des charges libres. Un semiconducteur non dopé est dit intrinsèque Un semiconducteur dopé est dit extrinsèque Semiconducteur dopé N Semiconducteur dopé P

  2. - - - - - - + + + + + + Matériau N Matériau P Création d’une jonction PN La jonction PN Que se passe t-il si l’on met en contact du Silicium dopé N et du Silicium dopé P ?

  3. QUIZZ - - - - - - - - + + + + + + + + • Diffusion simultanée : • des e- de N vers P Création d’une Zone de Charge d’Espace La jonction PN au niveau atomique Que se passe t'il au niveau de la jonction ? • des trous de P vers N

  4. QUIZZ 2 - - - - - - - - + + + + + + + + Création d'un champ E et d'une barrière de potentiel définie par la relation E=-dV/dx F=qE F=-qE E V La taille de la ZCE devient stable La jonction PN au niveau atomique La ZCE grandit elle sur toute la jonction ?

  5. - - - - - - - - + + + + + + + + Pour une tension faible (< 0.5 V), rien ne se passe Pour Vpol > 0.6v, il y a conduction Pourquoi ? - + Polarisation directe La jonction PN au niveau atomique On polarise la jonction en direct et on fait varier la tension 0 V – 0.5 V

  6. - - - - - - - - + + + + + + + + La barrière de potentiel ( V + ddp ) diminue sous l’action de la polarisation directe. - + Polarisation directe La jonction PN au niveau atomique Pour une tension de polarisation inférieure à 0.6 V A V = 0.6 Volts, elle s’annule V+ddp 0 V – 0.5 V

  7. - - - - - - - - + + + + + + + + La barrière de potentiel est vaincue, il y a redémarrage de la diffusion et donc de la conduction La jonction PN au niveau atomique Pour une tension de polarisation supérieure à 0.6 V - + Polarisation directe > = 0.6 V

  8. - - - - - - - - + + + + + + + + La barrière de potentiel augmente Elargissementde la Zone de Charge d’Espace La jonction PN au niveau atomique On polarise la jonction en inverse V+ddp - + Polarisation inverse

  9. - - - - - - - - + + + + + + + + 1 - Libération des porteurs minoritaires : effet zener La jonction PN au niveau atomique On augmente encore la tension de polarisation inverse 2 - Les porteurs libèrent par choc d’autres porteurs : effet d’avalanche 3 - Rupture des liaisons covalentes + - Polarisation inverse

  10. Caractéristique de la jonction PN I Conduction V Bloquée Claquage: Zéner, avalanche Seuil 0,6 v

  11. - - - - + + + + + + + + + + + + Matériau N Matériau N Création de 2jonctions PN Transistor bipolaire Un transistor bipolaire comporte 3 couches de silicium disposées en sandwich dans l’ordre PNP ou NPN Matériau P

  12. - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + Collecteur Emetteur ZCE ZCE Surprise : La jonction BC polarisée en inverse conduit le courant !!! Base Le Transistor bipolaire Transistor bipolaire NPN au niveau atomique

  13. - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + Fonctionnement du bipolaire On polarise la jonction BE en direct et BC en inverse Emetteur Base Collecteur Plusieurs volts  0,6v

  14. - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + Ic Ie Effet transistor Les électrons injectés traversent la jonction BC Emetteur Base Collecteur

  15. - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + Ib Au niveau de la base Recombinaison de certaines paires électrons - trous Emetteur Base Collecteur

  16. - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + Ib Au niveau de la base Courant de trous de la base vers l’émetteur Emetteur Base Collecteur

  17. e- collectés e- injectés e- diffusants e- se recombinant dans la base trous injectés En résumé Émetteur Collecteur Base

  18. Caractéristique du bipolaire Ic (mA) Vcb constant Ib constant Ib (µA) Vce (V) Vce constant Ib constant Vbe (V)

  19. Propriétés technologiques Base fine pour éviter les recombinaisons Base faiblement dopée pour limiter le courant de trous Emetteur fortement dopé pour favoriser l’effet transistor

  20. Propriétés électriques Composant contrôlé par le courant de base : Ic = f(Ib) Composant utilisant les porteurs majoritaires et minoritaires Composant utilisant la jonction BC en inverse pour accélérer les électrons majoritaires de l’emetteur

  21. Principe : Contrôle du courant dans un semiconducteur à l’aide de 2 tensions Modifier la section: JFET L’effet de champ se manifeste par le pincement du canal conducteur et la limitation de la vitesse des porteurs Modifier la densité de porteurs: MOSFET Le transistor à effet de champ

  22. Source P N P Grille Drain Jfet à CanalN Le transistor à effet de champ Structure d’un jfet (Junction Field Effet Transistor) Électrode de commande du courant Id Électrode par laquelle les porteurs majoritaires quittent le canal Électrode par laquelle les porteurs majoritaires entrent dans le canal

  23. Composant contrôlé par la tension de grille Les porteurs majoritaires ne traversent aucune jonction Le transistor à effet de champ Composant utilisant uniquement les porteurs majoritaires

  24. Vgs < 0 Vds > 0 Fonctionnement Vgs < 0 et Vds > 0 Conditions normales de fonctionnement : Drain P Source N N P Grille

  25. V V Faisons varier Vds V V Cas n°0 : Vgs = 0 et Vds = 0 En l’absence de polarisation, création des 2 ZCE Grille P Vgs = 0 Zce Drain Source Zce Vds = 0 P N

  26. Rajout de Vdg V V Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Polarisation inverse plus forte du côté drain Grille P Vgs = 0 V Zce Drain Source Vdg V Zce Vds > 0 P N

  27. Rajout de Vdg V Elargissement de la ZCE du côté du drain V Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Polarisation inverse plus forte du côté drain Grille P Vgs = 0 V Zce Drain Source V Zce Vds > 0 P N

  28. Rajout de Vdg V Elargissement de la ZCE du côté du drain V Fonctionnement en zone ohmique Id = f(Vds) Id Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Polarisation inverse plus forte du côté drain Grille P Vgs = 0 V Zce Drain Source V Zce Vds > 0 P N

  29. QUIZZ • La pente de la courbe dépend : • du dopage du canal, • de lalongueurdu canal, • de la section du canal. Que se passe t’il si on augmenteVds ? Cas n°1 : Vgs = 0 et Vds > 0 Fonctionnement en zone ohmique Id (mA) Vgs = 0 Vds (V)

  30. Fonctionnement en Zone de pincement Id tend à se stabiliser Id Cas n°2 : Vgs = 0 et Vds = Vp Pincement du canal au niveau du drain Grille P Vgs = 0 Zce Drain Source Zce Vds = Vp P N

  31. QUIZZ • Id tend : • à augmenter car Vds est grand, • à diminuer à cause de l’étranglement qui freine le passage des électrons. Que se passe t’il si on augmente encore Vds ? Cas n°2 : Vgs = 0 et Vds = Vp Fonctionnement en zone de pincement Id (mA) Vgs = 0 Vds (V)

  32. Fonctionnement en Zone de saturation Id devient constant Id Cas n°3 : Vgs = 0 et Vds > Vp Etranglement du canal au niveau du drain Grille P Vgs = 0 Zce Drain Source Zce Vds > Vp P N

  33. QUIZZ Id est constant car il existe un canal minimal laissant passer les porteurs Que se passe t’il si on fait varierVgs ? Cas n°3 : Vgs = 0 et Vds > Vp Fonctionnement en zone de saturation Id (mA) Vgs = 0 Vds (V)

  34. Vgs = 0 V Vgs = -0.5 V Cas n°4 : Vgs < 0 et Vds >= 0 Vgs influence la taille du canal indépendamment de Vds Grille P Vgs < 0 Zce Drain Source Zce Vds > 0 P N

  35. Vgs = 0 V Vgs = -1 V Vgs = -0.5 V Cas n°4 : Vgs < 0 et Vds >= 0 Vgs influence la taille du canal indépendamment de Vds Grille P Vgs < 0 Zce Drain Source Zce Vds > 0 P N

  36. La valeur de Vgs < 0 influencedirectement le pincement du canal et le phénomène de saturation de Id Cas n°4 : Vgs < 0 et Vds > 0 Accentuation de l’effet de pincement Id (mA) Vgs = 0 V Vgs = -0.5 V Vgs = -1 V Vds (V)

  37. Le Transistor MOS (Metal Oxyde Semiconductor) est un transistor à effet de Champ : • Composant contrôlé par la tension de grille, • Composant utilisant les porteurs majoritaires. • On distingue 2 grandes familles : • MOS à enrichissement, • MOS à appauvrissement. La variation du courant Id s’effectue en faisant varier le nombre de porteurs dans le canal et non la surface Le transistor MOS

  38. Source Grille Drain N+ N+ Le MOS à enrichissement Structure d’un MOS à enrichissement à canal N Isolant P

  39. N+ N+ Le MOS à appauvrissement Structure d’un MOS à appauvrissement à canal N Grille Source Drain Isolant N P

  40. Vgs > 0 Vds > 0 N+ N+ Fonctionnement d’un NMOS Vgs > 0 et Vds > 0 Conditions normales de fonctionnement : Grille Drain Source Isolant P

  41. Vgs > 0 Vds > 0 N+ N+ Fonctionnement d’un NMOS Accumulation de charges positives sur la grille Grille Drain Source Isolant P

  42. Vgs > 0 Vds > 0 E N+ N+ Fonctionnement d’un NMOS Création d’un champ électrique E sur la capacité MOS Grille Drain Source Isolant P

  43. Vgs > 0 Vds > 0 E N+ N+ Fonctionnement d’un NMOS Trous majoritaires du substrat repoussés Grille Drain Source Isolant P

  44. Vgs > 0 Vds > 0 E N+ N+ Fonctionnement d’un NMOS Electrons minoritaires du substrat attirés vers la grille Grille Drain Source Isolant P

  45. Vgs > 0 Vds > 0 E N+ N+ Id Fonctionnement d’un NMOS Création d’un canal de type N sous l’isolant (couche d’inversion) Grille Drain Source Isolant P

  46. La valeur de Vgs > 0 influencedirectement la densité de porteurs minoritaires attirés sous la capacité MOS La valeur de Vds > 0 influencedirectement la valeur du champ E et donc de la saturation de Id Caractéristiques Caractéristiques similaires à celle d’un transistor JFET Id (mA) Vgs = 8 V Vgs = 6 V Vgs = 2 V Vds (V)

  47. L’existence du canal garantit une conduction du transistor pour des valeurs négatives et positives de Vgs Cas du MOS à appauvrissement Pour Vgs = 0, existence du canal N entre la source et le drain Id (mA) Vgs = 4 V Vgs = 2 V Vgs = 0 V Vgs = -2 V Vgs = -4 V Vds (V)

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