Physique des composants semiconducteurs

MICRO-312 / 3 crédits

Enseignant: Besse Pierre-André

Langue: Français

Résumé

Les étudiants savent expliquer la physique des composants semiconducteurs, tels que diodes, transistors et composants MOS. Ils les utilisent dans des circuits électroniques fondamentaux tels qu'inverseurs et ampli.

Contenu

  • Propriétés électroniques du silicium: Modèle de bandes, statistique des porteurs libres. Propriétés de transport, mobilité, durée de vie, longueur de diffusion. Recombinaison. Equations de continuité.
  • Diode à jonction et contact métal-semiconducteur: Jonction p-n à l'équilibre et hors équilibre. Caractéristiques courant-tension. Barrières de potentiel. Capacité de jonction. Contacts Ohmiques.
  • Cellules photovoltaiques
  • Transistor bipolaire: Equations de fonctionnement. Caractéristiques statiques. Modèles grand-signal et petit-signal.
  • Interface métal-oxyde-silicium et capacité MOS: Diagramme des bandes d'interfaces. Accumulation, déplétion et inversion. Caractéristiques capacité-tension. CCD.
  • Transistor MOS: principe de fonctionnement, modèle par les charge, caractéristiques courant-tension, modèle petits signaux. inversion faible, inversion forte, région linéaire et saturation, modèle EKV, rapport gm/I, Mémoires non-volatiles. Autres transistors à effet de champ
  • Introduction aux circuits intégrés: Circuits digitaux: Inverseur, NOR, OR, dissipation. Circuits analogues : diviseur de tension, source de courant, ampli de tension, ampli différentiel. Comparaison de composants semi-conducteurs.

 

Mots-clés

Composants semiconducteurs, microélectronique, diodes, transistors, bipolaire, MOS, circuits électroniques.

Compétences requises

Cours prérequis indicatifs

Physique générale : électromagnétisme
Electronique I et II
Analyse III et IV
Systèmes logiques

Concepts importants à maîtriser

Transformée de Fourier, électrostatique, circuits bipolaires, circuits logiques.

Acquis de formation

A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:

  • Modéliser les propriétés électroniques des matériaux semiconducteurs.
  • Expliquer le fonctionnement des composants de base de la microélectronique tels que diodes Schottky et pn, transistors bipolaires, FET et MOSFET.
  • Développer les modèles physiqes et les adapter à un composant microélectronique particulier.
  • Formuler les équations fondamentales de ces composants électroniques.
  • Optimiser et comparer leurs caractéristiques.
  • Discuter les circuits électroniques principaux, tant digitaux qu'analogiques, en y appliquant les modèles physiques.
  • Résoudre rapidement et efficacement les problèmes liés aux composants semiconducteurs

Compétences transversales

  • Auto-évaluer son niveau de compétence acquise et planifier ses prochains objectifs d'apprentissage.
  • Dialoguer avec des professionnels d'autres disciplines.
  • Faire preuve d'esprit critique

Méthode d'enseignement

Cours ex-cathedra avec exercices inclus dans le cours

Travail attendu

  • Participation régulière au cours
  • approfondissement des concepts en travail personnel
  • Résolution des exercices en travail personnel avant la scéance.
  • Travail personnel sur les questions de réflexion associées à chaque chapitre

Méthode d'évaluation

  • Des tests à blanc sont organisés au cours du semestre (sans influence sur la note finale)
  • Examen écrit en session d'examen  (100% de la note finale)

Encadrement

Office hours Oui
Assistants Non
Forum électronique Non
Autres les étudiants peuvent contacter directement l'enseignant en tout temps

Ressources

Bibliographie

Livres électroniques accessibles par VPN:

  • S. Sze, Kwok K. Ng, "Physics of semiconductor devices", Wiley Interscience, 2007
  • R.J. Baker, "CMOS circuit design, layout and simulation", third edition, Wiley-Interscience, 2010

 

Ressources en bibliothèque

Polycopiés

slides à disposition sur Moodle

Des vidéos sont disponibles pour chaque chapitre

 

 

Liens Moodle

Préparation pour

Microelectronics, Capteurs, la Science Quantique, Optical detectors

Dans les plans d'études

  • Semestre: Automne
  • Forme de l'examen: Oral (session d'hiver)
  • Matière examinée: Physique des composants semiconducteurs
  • Cours: 3 Heure(s) hebdo x 14 semaines
  • Type: optionnel
  • Semestre: Automne
  • Forme de l'examen: Oral (session d'hiver)
  • Matière examinée: Physique des composants semiconducteurs
  • Cours: 3 Heure(s) hebdo x 14 semaines
  • Type: optionnel
  • Semestre: Automne
  • Forme de l'examen: Oral (session d'hiver)
  • Matière examinée: Physique des composants semiconducteurs
  • Cours: 3 Heure(s) hebdo x 14 semaines
  • Type: optionnel

Semaine de référence

Cours connexes

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