| Réf : E2492 v1

Annexe : technologie CMOS
ASICs et logiciels CAO associés

Auteur(s) : Michel ROBERT

Date de publication : 10 août 2002

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  • Michel ROBERT : Membre de l’Institut universitaire de France - Professeur à l’université Montpellier 2 - Professeur de CAO de systèmes microélectroniques à l’ISIM (Institut des sciences de l’ingénieur de Montpellier)

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INTRODUCTION

La microélectronique à base de silicium est déjà aujourd’hui et sera encore davantage demain un des moteurs essentiels dans la construction de la nouvelle société de l’information et de la communication du 21e siècle. Le secteur des équipements et systèmes électroniques est un des premiers secteurs industriels mondiaux. L’industrie électronique concerne plusieurs segments. Certains nécessitent des circuits intégrés très performants : ce sont les secteurs qui concernent les technologies de l’informatique et les télécommunications. Pour d’autres, des circuits moins performants sont suffisants : ce sont les secteurs de l’électronique grand public et de l’électronique industrielle. L’électronique pour l’automobile et les transports, quant à elle, suppose un fonctionnement de circuits fiables dans un environnement sévère. Enfin, l’électronique militaire et spatiale est un secteur stratégique et très spécifique mais qui, compte tenu des contraintes budgétaires, fait appel de plus en plus à des circuits se satisfaisant des technologies de fabrication développées pour les autres segments.

Un circuit intégré conçu de nos jours dans une technologie CMOS submicronique utilise plusieurs dizaines de millions de transistors de très faibles dimensions sur une surface de quelques centimètres carrés. De plus, il fonctionne à une fréquence élevée (plus de 2 GHz pour les processeurs actuels) et dissipe une puissance importante. Les performances techniques recherchées pour les téléphones mobiles sont une bonne illustration des objectifs à atteindre dans des marchés où la compétition est très forte : faible poids, faible volume, grande autonomie, bonne couverture géographique, faible coût. Ces performances sont atteintes en intégrant l’ensemble des fonctions sur un ou deux circuits intégrés spécifiques.

Le nombre de transistors par circuit intégré double tous les un an et demi. Cette évolution déterministe a été prédite par la « loi de Moore » (du nom de G. Moore, cofondateur de la société Intel) et s’est vérifiée sur les trente dernières années. Ce prodigieux essor a été rendu possible par les progrès concernant aussi bien l’architecture des transistors et leurs technologies de fabrication que l’architecture des circuits et les méthodes de conception assistée par ordinateur (CAO). La croissance exponentielle du nombre de transistors sur une seule puce (une puce est le morceau de silicium sur lequel est réalisé le circuit intégré), conséquence de l’évolution des technologies de fabrication, permet d’y intégrer des fonctions de plus en plus complexes, avec de plus en plus de fonctionnalités, jusqu’à l’intégration de systèmes complets ; d’où le nom de ASIC (Application Specific Integrated Circuit : circuit intégré pour applications spécifiques).

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e2492


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7. Annexe : technologie CMOS

La figure 38, montre plusieurs vues du transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor ) : une vue dans l’espace (a ), une vue en coupe (b ) et une vue de dessus (c ). Les concepteurs utilisent la vue de dessus pour dessiner les masques technologiques de fabrication. On distingue deux paramètres géométriques du transistor : sa largeur W et sa longueur L. La grille était autrefois réalisée en métal (d’où le nom MOS). Elle est actuellement en polysilicium (silicium polycristallin fortement dopé).

La conductance entre les zones de drain et de source est modulée par la tension appliquée sur la grille, laquelle engendre un champ électrique qui module la quantité de porteurs dans le canal (effet de champ). Les circuits logiques MOS ont une longueur de grille minimale pour réduire le temps de transit des porteurs dans le canal, c’est-à-dire augmenter la vitesse. Une modification de la largeur W du transistor aura pour conséquence de modifier le courant et la capacité de grille du transistor.

La figure 39 résume de manière simplifiée le comportement électrique du transistor NMOS (MOS à canal N ; les porteurs dans le canal sont les électrons). Suivant les tensions appliquées, on distingue trois régimes : bloqué, linéaire ou saturé.

La figure 40 donne la caractéristique statique de l’inverseur CMOS (Complementary MOS ). Les deux zones d’utilisation pour les circuits logiques sont la zone (niveau haut, VDD , en sortie : le transistor P charge les capacités sur le nœud de sortie) et la zone  (niveau bas, 0 volt, en sortie, le transistor N décharge les capacités sur le nœud de sortie). À l’état haut ou à l’état...

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BIBLIOGRAPHIE

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