Article interactif

1 - DE NOUVELLES GÉNÉRATIONS CMOS

2 - TECHNOLOGIES CMOS À FILM MINCE

3 - CARACTÉRISATION DES TECHNOLOGIES CMOS

4 - PORTES ÉLÉMENTAIRES DES BIBLIOTHÈQUES DE CELLULES

5 - FLOT DE CONCEPTION ASSISTÉE PAR ORDINATEUR (CAO)

6 - PERSPECTIVE DU DÉVELOPPEMENT DES CIRCUITS CMOS

7 - CONCLUSION

8 - ACRONYMES

Article de référence | Réf : E2432 v2

Circuits intégrés CMOS sur silicium

Auteur(s) : Alexandre VALENTIAN

Relu et validé le 02 avr. 2021

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

NOTE DE L'ÉDITEUR

01/01/1970

RÉSUMÉ

Les circuits intégrés CMOS avancés sont désormais implémentés dans des technologies dites à film mince (FinFET, FDSOI), afin d’améliorer le contrôle électrostatique du canal. Cet article présente brièvement ces technologies et introduit les techniques de caractérisation électriques. La conception de circuits intégrés nécessite l’utilisation de portes logiques, dont l’implémentation est décrite, ainsi que d’un flot de conception numérique : ce flot est scindé en deux parties, à savoir la conception Front-End et l’implémentation Back-End, correspondant à deux métiers différents. Enfin, des perspectives sont données avant la conclusion.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

CMOS Integrated Circuits on Silicon

Advanced CMOS integrated circuits are now implemented in so-called thin-film technologies (FinFET, FDSOI), to improve the electrostatic control of the channel. These technologies are presented briefly in this article and the electrical characterization techniques are introduced. The design of integrated circuits requires the use of logic gates, the implementation of which is described, as well as a digital design flow: this flow is split into two parts, namely the Front-End design and the Back-End implementation, corresponding to two different trades. Finally, perspectives are given before the conclusion.

Auteur(s)

  • Alexandre VALENTIAN : Master ISEP, docteur en microélectronique ENST, - Ingénieur de recherche au CEA-LETI, Grenoble, France

INTRODUCTION

La technologie CMOS est la technologie dominante pour la réalisation des circuits intégrés. L’apparition régulière de nouvelles générations, appelées nœud technologique, permet d’augmenter le nombre de transistors par puce selon une loi empirique, la loi de Moore, qui s’applique depuis plus de 50 ans. En 2019, cette technologie permet de réaliser des microprocesseurs ou des processeurs graphiques avec plusieurs dizaines de milliards de transistors.

L’objectif de cet article est de présenter ce qui permet, à partir des caractéristiques de la technologie et des transistors, de réaliser des circuits avec un tel nombre de transistors.

La technologie CMOS, avec sa circuiterie associée, a remplacé les technologies nMOS parce qu’elle n’exhibait aucune puissance dissipée en statique. Il se trouve que les courants de fuite dans les technologies bulk utilisées jusqu’aux nœuds 28 nm sont devenus trop importants et que la puissance statique est devenue critique. Les technologies CMOS à film mince, avec les versions FinFET et FDSOI, sont utilisées depuis les nœuds 28 nm et 20 nm. Celles-ci sont décrites dans un chapitre dédié.

Tout nœud technologique CMOS doit être caractérisé, afin de pouvoir disposer de bibliothèques opérationnelles d’opérateurs utilisables par les outils de CAO. Cette caractérisation comprend l’extraction des paramètres électriques, le fonctionnement en température, la mesure des dispersions des paramètres, et les techniques de protection contre un fonctionnement anormal : verrouillage CMOS (latch-up), rayonnement, et protection des entrées/sorties.

Les portes élémentaires des bibliothèques de cellules doivent également être caractérisées. L’inverseur CMOS est étudié en détail : principe de fonctionnement, caractéristique statique, caractéristique dynamique, puissance dissipée. Les portes NAND, NOR, transmission, XOR sont aussi présentées. La réalisation des circuits séquentiels et des mémoires est présentée dans d’autres articles  [E 181] [E 2 491].

Enfin, ces bibliothèques de cellules élémentaires seraient inutiles sans outils de Conception Assistée par Ordinateur (CAO), indispensables pour concevoir les circuits numériques dits VLSI (Very Large Scale Integration). Les flots de conception utilisés sont décrits. Ils se décomposent en deux domaines. La partie front-end comprend la description de la fonctionnalité du circuit, les étapes de simulation, la synthèse logique et la validation. La partie back-end comprend le floorplanning (placement des différents blocs sur le plan d’occupation de la surface), le placement des cellules standards, la synthèse de l’arbre d’horloge, le routage des connexions et la vérification finale.

Le lecteur, grâce à cet article, devrait être en mesure d’appréhender les enjeux et problématiques de la conception de circuits numériques complexes, ainsi que les différentes étapes nécessaires. Le contexte actuel de fabrication de circuits intégrés, notamment le modèle « fonderie », est rappelé ; ce contexte a eu des implications profondes dans le développement de la microélectronique, en réduisant les coûts de fabrication et en permettant l’accès aux technologies semi-conducteur d’un plus grand nombre d’acteurs.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

characterization   |   CMOS technology   |   CAD   |   CMOS gates

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e2432


Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(245 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(245 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HIPEAC -   *  -  . – Hipeac Vision (2017).

  • (2) - GARGINI (P.) -   The Roadmap to Success : ITRS Update.  -  http://www.ewh.ieee.org/r6/scv/eds/slides/2014-Mar-11-Paolo.pdf (2013).

  • (3) - SMITH (K.C.), DANCILA (M.), DANCILA (D.), SEDRA (A.S.) -   Circuits microélectroniques.  -  De Boeck Université, ISBN-13 : 978-2804177775 (2016).

  • (4) - WHITAKER (J.C.) -   Microelectronics, Second Edition.  -  CRC Press, ISBN-13 : 978-0849333910 (2005).

  • (5) - BLACKWELL (G.R.) -   The Electronic Packaging Handbook.  -  CRC Press, ISBN-13 : 978-1420049848 (2017).

  • (6) - SALEMI (S.) -   Physics-of-Failure Based Handbook of Microelectronic Systems.  -  Reliability Information Analysis Center, ISBN-13 : 978-1933904290 (2008).

  • ...

1 Outils logiciels

https://www.cadence.com

  • Outils de conception et de vérification

  • Blocs IP

  • Services de conception

https://www.synopsys.com/

  • Outils de conception et de vérification

  • Blocs IP

  • Services de conception

https://www.mentor.com/

  • Outils de conception et de vérification

  • Blocs IP

  • Services de conception

https://www.muneda.com/

  • Outils de migration de schémas, de dimensionnement sous contrainte (vieillissement, fiabilité), de simulation statistique à « Haut Sigma »

https://www.ansys.com/

  • Logiciels de simulation par éléments finis, utilisés notamment pour vérifier la grille d’alimentation des circuits

HAUT DE PAGE

2 Événements

Principales conférences dédiées à la technologie semi-conducteur (il en existe un grand nombre) :

  • IEDM :...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(245 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(245 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS