Microélectronique. Jean-Marc Routoure L Jean-Marc Routoure : GREYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique
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- Didier Lachapelle
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1 Microélectronique Jean-Marc Routoure L Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique
2 Who is who? Maître de conférences à l université de Caen. Chercheur au GRYC (Groupe de Recherche en informatique, Image, Automatique et instrumentation de Caen), quipe instrumentation. Unité Mixte CNRS de Recherche (UMR 6072). Travaux de recherche : bruit à basse fréquence dans différents composants : transistors MOS et bipolaires semi-conducteur, transistors en couches minces, couches minces de manganites (oxydes peroskites). Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 1
3 Plan de l exposé Notion d algèbre de oole : logique combinatoire Pourquoi la microélectronique? La réalisation des dispositifs La mise en boitier et le test Outil de simulation Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 2
4 Notion d algèbre de oole Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 3
5 Table de vérité Algèbre de oole : réalisation de calcul logique A T logique : A OU logique : A + Inverseur Ā Réalisation avec interrupteur (relais) Commande de l interrupteur fermé pour variable =1. T LOGIQU A OU LOGIQU INVRSUR I A I A I Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 4
6 Pourquoi la microélectronique? Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 5
7 Réalisation de calculateur à relais électromécanique 1944 NIAC (lectronic numérical Integrator and computer) : Relais electromécanique. Système de 30 tonnes. Occupe un hall de 10x17m 2. Consomnation 150 kw. Utilisation jusqu en Une addition dure 0.2 ms. Pas de réel programme! Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 6
8 Utilisation de tube! Le SSC (Selective Sequence lectronic Calculator) IM Tubes à vides relais électromécanique. Mémoire électronique de 8bits! Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 7
9 Utilisation de transistors MOS Principe de fonctionnement du transistor MOS (Metal-Oxyde-Semiconductor) L Drain Grille P+ P+ Source W t OX Substrat N Application d une tension sur la grille => apparition d un canal de conduction entre drain et source. Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 8
10 Intérêts des transistors MOS Dimensions et consomation électrique réduites! Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 9
11 Historique 1948 : invention du transistor bipolaire 1958 : invention du circuit intégré (Texas instrument) 1971 : Intel : Apple I (Cadencé à 1MHz) 1981 : IM PC ( Intel 8088 cadencé à4.77mhz ) Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 10
12 Loi de Moore 1965, Gordon Moore : doublement du nombre de transistors sur une puce tous les 18 mois Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 11
13 Microélectronique : intérêts Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 12
14 Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 13
15 Galette (wafer) de silicium. Réalisation des dispositifs Un petit film Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 14
16 Principe : Réalisation des dispositifs : photolithographie Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 15
17 tape 1 : substrat initial Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 16
18 tape 2 : oxydation Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 17
19 tape 3 : Dépôt de résine et cuisson Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 18
20 tape 4 : Insolation Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 19
21 Réalisation des dispositifs tape 5 : Révélation de la résine et cuisson Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 20
22 tape 6 : Gravure de l oxyde Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 21
23 tape 7 : retrait résine Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 22
24 tape 8 : Implantation zone P Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 23
25 Transistor MOS simple Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 24
26 Réalisation des dispositifs tape 1 : oxydation épaisse d un substrat N Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 25
27 Réalisation des dispositifs tape 2 : Ouverture des contacts et prédépot de bore ore Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 26
28 tape 3 : oxydation mince Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 27
29 tape 4 : ouverture des contacts Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 28
30 tape 5 : dépot et gravure aluminium Réalisation des dispositifs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 29
31 xemple de masque Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 30
32 xemple de masque : intel 4004 : 2300 transistors Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 31
33 Prise de contacts électriques Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 32
34 Utilisation d un prober Version manuel.. Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 33
35 Visualisation des pointes Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 34
36 ncapsulation Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 35
37 Mise en boitier plastique : la puce Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 36
38 Les microsystèmes Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 37
39 Technologie TLP : Cf. Texas Instrument! Démonstration par une animation Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 38
40 Utilisation de spice pour la simulation analogique Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 39
41 SPIC : Simulation Circuit with Integrated Circuit mphasis Complexité : nécessité d outils performants et rapides Histoire de spice : Développer par l université de erkeley début 1970 machine unix démocratisation PSPIC version PC 1980 spice 3 : réécriture de spice en C : interactivité 2000 arrrêt du dévelopement : maintenance du code par des bénévoles => logiciel libre ou code source ouvert Distribution de version gratuite bridée par des entreprises : logiciel tout en un. Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 40
42 Netlist ou représentation graphique Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 41
43 spice : les différentes étapes d une simulation diteur de schéma gschem diteur de texte nedit Génération netlist gschem2spice netlist spice spice Analyse OP Résultats sous forme de fichier texte print Analyses DC AC TRAN Résultats graphiques plot Commande à taper (dans un shell ou sous spice) Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 42
44 Amplificateur opérationnel ua741 Structure interne vcc Q12 pnp1 al C Q9 pnp1 C C Q8 pnp1 Q13 CA C C Q15 C C Q14 npn2 R5 39k Q11 npn1 C vp C Q3 pnp1 C C C Q10 npn1 Q5 npn1 Q1 npn1 C al Q7 npn1 Q2 npn1 C C C Q4 pnp1 o1 Q6 Q22 npn1 npn1 C vm Cf 60p C al Q16 npn1 C Q17 npn2 R10 40k o2 Q19 npn1 C Q18 npn1 A Q23 C npn1 Q21 pnp1 C R6 50 R7 25 C C out Q20 pnp2 vee R4 3k R1 1k R2 50k R3 1k R9 50k R8 100 R11 50k Q24 npn1 Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 43
45 Le montage pour les tests en boucle ouverte A.O. ua741 : simulations en boucle ouverte vee Alimentations Vee DC -15 vcc Vcc DC 15 vin2 DC 0 ac 0 inp vm 2 vp 3 vin DC 0 ac 1 vee 4vee AOP out 6 7 vcc vcc U1 reel.sch out La source vin2 n est utilisee que pour l estimation du gain de mode commun Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 44
46 Conclusions Téléchargement de la dernière version de ce document : http :// routoure/enseignement/l1/microelect.pdf fin plein écran nseignements sur la microelectronique. L2, parcours A,IA : lectrocinétique et circuit M1 AII et SCI : électronique du signal. Microtechnologies, microélectronique M2 SCI : principes physiques et mise en oeuvre des capteurs microsystèmes et capteurs semiconducteurs Jean-Marc Routoure : GRYC : UMR 6072, université de Caen. Microélectronique 45
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