Les circuits électroniques

« cm' et son épaisseur peut varier entre 150 pm et 1 mm.

la plaquette est 11 it constituée d'une couche active et d' un substra~ ce dernier pouvant être conducteur ou non en fonction de la N p technologie employée.

--{:)+-diode Sur une plaquette plusieurs circuits identiques sont réalisés.

Ils sont séparés Dans une jellCl#M /IN, deux morceaux les uns des autres par sciage après la de matériau de type N et P sont création des circuits.

accolés.

Après l'assemblage, les =IHAu==M=noN='-DU""-'SU=ISIU= r'---~,,,...­ électrons du matériau N sont attirés par Des tranches de substrat monocristallin les • trous • du matériau P.

Il se fonne sont découpées dans un lingot de ainsi une jonction dans laquelle il n'y a matériau dont l'orientation aistallo- plus de porteurs libres.

graphique est définie .

Le lingot s 'obtient De part et d'autres de la jonction , se en faisant aollre un germe monoaislallin trouvent des zones avec un surplus au contact du matériau fondu .

Le dopage d'électrons (côté N) ou un déficit du substrat s'effectue par adjonction d'électrons (c6té P).

Ce déséquilibre fait d"lmpuretés en concentration voulue apparaitre un champ électrique E.

D'un dans le bain de matériau fondu.

point de vue énergétique il se crée une ta concentration maximale en matériau barrière de potentiel qui empêche la dopant est appelée • solubilité • du circulation des porteurs .

dopant Pour l'arséniure dans le siicium.

Lorsque l'on porte la région P à un niveau la solub ilité est de 10" atomes d'As par de tension supérieur à celui de la région centimètre cube de Si.

Au-delà de cette N.

la barrière de potentiel et réduite et la concentration le dopant ne diffuse plus circulation des polteurs est renclue de façon homogène dans le semi- ~ble : électrons de N vers P et conducteur , qui perd ses caractérisliques.

• trous • de P vers N.

On d~ que la La concentration minimale en jonction PN est poléwisée en cirect impuretés est liée à la capacité de En portant la région P à un niveau de raffinage du matériau.

tension inférieur à celui de la région N , on empêche la circulation de courant On parle de polarisation inverse.

C'est le principe des diodes, qui laissert pas5et" le courant dans 1.11 sens et pas dans l'autre.

FABRICATION DES CIRCUITS INTÉGRÉS La base de ces circuits est constituée d'une plaquette de matériau semi­ conducteur monocristallin (/Mc e) montée dans un boitier ou enrobée dans un bloc de matière plastique qui laisse dépasser des connexions métalliques.

Les circuits sont gravés sur cette plaquette .

La surface de la plaquette semi ­ conductrice va de quelques milliers de micromètres carrés (jlm ') à quelques (Wlnoll DE IA ZONE ACTIVE Le type de porteurs de courant et leur concentration sont différentes dans les couches actives de ceux du substrat.

La couche active s 'obtient de différentes manières : • en faisant aoltre {par • épitaxie ») une couche monocristalline sur le substrat ; • par diffusion thennique d 'impuretés à la surface du substrat ; • par implantation ionique : des ions de l'impureté de dopage sont bombardés sur la surface du substrat.

Guvuu DES c1acum La technologie la plus répandue est la technologie planaire qui se déroule en deux étapes .

ttlpe 1 : dêp6t chme c-ite de ,.sslvatlH Elle est obtenue par oxydation de la tranche de semi-conducteur , en la plaçant dans un four à température élevée (1 ooo"C) .

Au contact de l'oxygène sec circulan t dans le four , une couche d 'oxyde pouvant atteindre 1 µm d 'épaisseur se forme : c'est la couche ------------ de passivation .

LE TIANSISTOl llPOLAllE Le transistor peut ~ utilisé pour la réalisation de toutes sortes de fonctions analogiques {amplificateu r de tension.

source de cour ant commandée en tension ...

).

L'usage le plus fréquent est sous la forme de fonction logique, pour traduire une information binaire • o • ou • 1 •.

~ ,.,,...,., ~ NIWest ID obten u en accolant deux 11 1t jonctions PN.

la ~--_..___.

base est l'électrode de commande.

une sorte d e robi~ le collecteur, relié a u pOle positif de l'alimentation sera le reflet de la base mais• amplifié•, l'émett eur drainera les courants • base + collecteu r •.

En r~rne stationnaire, les relations entre cour ant sont les suivantes: leElc+l betk~ B lbO t111pe J : plletesnnn Une résine photosensib le est ensuite déposée sur la couche de passivation .

Après séchage dans une étuve , la résine est exposée à un rayonnement ultraviolet à travers un masque représentant le motif des circuits à graver .

La nature du rayonnement fixe l 'épaisseur des traits de la gravure .

Le• développement• de la plaque dissout la résine insolée .

Par chauffage, la résine restante est polymérisée et la plaque est ensuite attaquée par un acide qui va graver les zones d 'oxyde non protégées par la résine .

Pour finir , la résine photosensible polymérisée est ôtée au moyen d'un bain spécial.

~des comds l9ébllques.

La métallisation de certaines zones du circuit intégré pennet de aéer des connexions entre différents points du circuit ou des points métalliques qui seront reliés aux pattes du circuit par l'intennédiaire de fils d'or ou d'aluminium.

la plaquette contenant les circuits est d'abord entièrement métallisée par évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique avant d'être dépouillée par photogravure pour ne laisser du métal que sur les zones voulues.

LA RCN-- CMOS Les circuits intégrés actuels sont réalisés en utilisant la technologie CMOS {Complementary Metal-Oxyde Semi­ conductor) .

Le principal avantage de cette technologie est sa faible dissipation thennique , ce qui permet une plus forte intégration (un plus grand nombre de transistors par unité de surface) .

L'intégration des composants est actuellement limitée par les processus de gravure .

Le composant réalisé sur le substrat consiste en une succession de traits qui dessinent les transistors .

Plus ces traits sont fins, plus il est possible de mettre de composants sur le circuit les processus de fabrication industrielle utilisent une gravure à 0,13 µm et des laboratoires de recherche ont expérimenté des gravures à 0,1 et 0 ,065 µm.

la finesse de la gravure est liée à la longueur d'onde de la lumière qui insole le substrat LES CARTES ÉLECTRONIQUES Le circuit intégré ne se suffit généralement pas à lui-même.

Les cartes électroniques sur lesquelles sont assemblés un ou plusieurs circuits intégrés ont plusieurs fonctions : •fournir des sources d 'alimentation électriques ; • connecter plusieurs circuits intégrés Onterfaçage ); •assure r l'intégration mécanique des circuits électroniques dans un appareil .

Les cartes électroniques se retrouvent dans tous les équipements embarquant de l'électronique {automobile , appareils électroménagers, etc.).

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Le ckallt ,.,,,,.,_ ou Printed Circuit Board (PCB ) est de nos jours la méthode de réalisation Il permet de se protéger des rayonnements électromagnétiques du milieu ambiant ou, inversemen t.

de limiter les rayonnements des composants électroniques vers l'extérieur .

Le blindage est effectué selon le principe de la cage de Faraday , en entourant l'ensemble des dispositifs à protéger par un matériau cond ucteur, le plus souvent un fil m métallisé .

LES MICRO-SYSTÈMES ÉLECTROMECANIQUES Appelés MEMS {Micro Bectr o­ Mecanichal Systems ), les miao­ systèrnes électr omécaniques combinent des fonction s mécaniques et électroniques .

Ils sont réalisés en utilisant les mêmes matériaux que les semi-conducteurs et permettent une intégration poussée grace à la cohabitation de fonctions mécaniques (moteur) , optique (miroir ) voire biochimique , à même le substrat s u r lequel sont réalisés les circuits électroniques de contrôle et d'interface de ces systèmes .

Les principaux a vantages sont une plus grande intégration des composants , une fiabilité accr ue { en limitan t le nombre de composants et les interfaces entre eux) et d'autre part des cotlts de réalisation et d'emballage réduits.

Ces composants sont réalisés en deux étapes : réalisation du circuit électronique sur le substra t.

puis micro­ usinage du substrat pour aéer le composant mécanique.

Ils permettent de fabriquer des détecteu rs infraro uges, des accéléromètres , des gyroscopes ou des micro-moteurs.

Une application grand public prometteuse est c e lle des vidéo projecteurs et des projecteu rs de cinéma numérique basés sur la technologie DLP {Digital Ligh t Processing) .

Ces systèmes reposent sur l'utilisation d'un circuit intégré constitué d 'une matrice de micro-miroirs mesurant chacun 20 µm de coté , montés sur des charniè res.

Une source d'image numérique commande l'orientation de chacun des miroirs et détennine la quan tité de lumière qui doit être projet ée sur un écran .

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la plus 1110 : premier dispositif sem i- • utilisée .

Son conducteur, le détecteur à galène nom vient (sulfure naturel de plomb ).

du lait que les connexions entre les composants sont tout d 'abord dessinées sur un document avant d'être imprimées sur le circuit lui-même .

Le circuit est constitué d'une plaque servant de support mécanique aux composants , et de pistes de cuivre qui permettent d 'assurer la liaison électrique entre les broches des composants.

La plaque support du circuit imprimé est constituée de verre époxy {FR4).

Les Allllffs llJI : généralisation de pistes et les pastilles sont en cuivre l'usage de la,... , avec ses nombreux tubes à vide, triodes , penthodes et valves de redressement Des récep teurs miniatures apparaissent Premiers essais de stéréophonie avec 2 émetteurs séparés 2'- piern ....tYle : utilisation de diodes à pointe au gennanium pour la détectio n des signaux radar .

1945 : premie r calculateur analytique m ultifonction entièrement numérique l'ENIAC (L'Electronic Numerical lntegrator And Computer ), mis aux point aux ~tais-Unis pour des usages militai res.

L'ENIAC pesait 30 tonnes et occupait n m'.

1947 : découverte fortuite de l'effet transistor par Sockley , Bratta in et Bardeen aux laboratoires américains de la société Bell Telephones .

Les transistor s à sem i-conducteurs ont la propriét é d'amplifier les signaux électriques , fonction réalisée auparavant par les fllhs • rift .

1951 : premier circuit intégré bipolaire .

11641 : les puces électroniques comp rennen t quelques transistors .

Ali des • !Iffs 11641 : maitrise de la technologie MOS {Metal Oxyde Semiconductor ).

1171 : Texa s Instrumen t commercia lise un circuit intégré pour calculatrices, le TMS1802.

Début des circuits LSI (Large Scale lntegration) .

1971 : processeur Intel 4004 contenant 2 300 transistors .

1977 : lance ment de l'ordinateur Applell.

ltll : quelques centaines de milliers de transistors par puce (VLSI : Very large Scale lntegration) .

1912 : l ancemen t de l' on/INtew ~ d'I B M {PC : Personal Computer ).

ttll : 1 million de transistors sur une puce.

200I : le p rocesseu r Intel Pentium 4 , comprend 55 million s de transisto rs.

d ' une épaisseur de 35 (ou 70) µm.

Afin ~----------------------­ de pouvoir mettr e en place les composants , les pastilles de cuivre sont percées en leur centre .

Les broches des composan ts traversent donc le support époxy.

La fixation mécanique est assurée par une soudure qui assure aussi la liaison électrique entre la broche du composant et la piste de cuivre .

l 'AMllUFICAnUI DIFÂIENTIEL Les _, --.s de tensions reposent sur le schéma d'un amplificateur différentiel.

Celui-ci possède la propriété d'amplifier au niveau des collecteur (VO) la différence de tension appliquée entre ses bornes A et B.. »