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Initiation aux circuits integres a la technologie t t l et aux familles m o s

N ? BULLETIN DB L'IJNION DES FIIYSICIENS Initiation aux circuits intégrés à la technologie T T L et aux familles M O S par Jean-Michel ROLANDO Ecole Normale Bonneville INTRODUCTION Un circuit intégré est constitué d ? un ensemble de composants produits simultanément sur une unique plaquette de silicium à la suite d ? opérations particulièrement ingénieuses Son évolution a conditionné et conditionne encore celle des ordinateurs ?a- bilité miniaturisation capacité de travail prix Depuis date de mise en ? ?uvre du procédé Planar le nombre de transistors intégrés sur la puce ? de silicium est passé de quelques unités à quelques centaines de milliers Les réalisations les plus complexes de l ? ordinateur nécessitent un petit nombre de fonctions simples répétées évidemment un très grand nombre de fois Du point de vue électronique on trouvera donc quelques cellules de base portes logiques bascules pour mémoire chacune réalisant une fonction élémentaire et dont l ? élément principal est le transistor Deux familles se sont développées parallèlement l ? une fondée sur les transistors bipolaires au silicium généralement de type NPN l ? autre utilisant des transistors à e ?et de champ de type M O S Métal - Oxyde Semi-conducteur Dans une première partie nous rappellerons brièvement le principe du transistor bipolaire puis nous étudierons de façon un peu plus détaillée celui du transistor M O S moins connu dans nos lycées Dans la seconde partie nous donnerons un aperçu de la fabrication des circuits intégrés La troisième partie sera consacrée à l ? étude de la technologie bipolaire actuellement la plus répandue T T L Transistor Transistor Logic et à celle d ? une de ses variantes T T L Schottky Pour terminer nous étudierons dans la quatrième partie les principaux circuits à transistors M O S C BULLETIN DE L ? UNION DES PHYSICIENS Nous aurons au cours de ces pages à analyser le fonctionnement de portes logiques qui comme chacun sait travaillent en système de numération binaire Bien que quelques contraintes technologiques aient conduit parfois à adopter une convention inverse nous raisonnerons ici en logique positive le niveau logique est représenté par le potentiel positif le plus élevé le niveau par le potentiel le plus bas Première partie DEUX ELEMENTS DE BASE LE TRANSISTOR BIPOLAIRE ET LE TRANSISTOR M O S LE TRANSISTOR BIPOLAIRE AU SILICIUM Nous supposons connues du lecteur les principales propriétés des semi- conducteurs dopés par des impuretés de type N ou P ainsi que celles de la jonction P-N Nous raisonnerons sur un transistor NPN Les courants étant dus aux porteurs majoritaires de l ? émetteur il s ? agira ici d ? électrons Nous ne devrons pas perdre de vue que ceux-ci montent ? spontanément les barrières de potentiel alors qu ? ils ne les descendent ? que s ? ils ont une énergie supérieure à la hauteur de celle-ci AI Transistor non alimenté Les majoritaires de l ? émetteur et du collecteur la base Il s ? établit au niveau de