Régime ohmique transistor game

A mesure que la fréquence augmente, des limitations apparaissent et des pertes par conduction et commutation apparaissent ; le transistor ne peut être considéré comme idéal. La classe E est une classe particulière des amplificateurs de commutation. Le montage classe E utilise un circuit de charge accordée pour compenser la capacité de sortie.

La classe F est utilisée pour les applications à très haut rendement. Le courant de sortie est, quant à lui, de forme impulsionnelle voire sinusoïdale. En effet des pertes de puissance importantes peuvent être observées en régime de commutation si le transistor présente une résistance Ron trop importante. Figure II Cette tension de claquage ne doit pas être atteinte pendant le fonctionnement du PA car dans le cas contraire les performances du circuit seront dégradées et le transistor éventuellement endommagé.

Cela entraîne des contraintes au niveau de la fabrication. En effet plus la tension de claquage est élevée plus Ron est important. Un compromis doit être déterminé afin de trouver le niveau de dopage Nd satisfaisant les conditions de polarisations maximales et les performances statiques Ron. La réduction de la capacité Cgd possède un impact positif à la fois sur fT et Fmax. Un des derniers paramètres qui influence fT et Fmax est la capacité Cds.

La réduction de cette capacité se réalise par la réduction surfacique des zones prédéfinies. Finalement la variation de la capacité Cgs joue un rôle important sur la fréquence de transition fT.

La résistance de grille Rg influence fortement les performances dynamiques du composant plus particulièrement Fmax cf IIIb-iii et le gain en puissance Gp Figure II Plus la résistance de grille est faible plus les performances sont améliorées.

Le LDMOS face à ses concurrents Contrairement au transistor bipolaire, le transistor MOS fonctionne uniquement à partir de porteurs majoritaires et il ne présente donc pas de temps de stockage associé à la recombinaison des porteurs minoritaires. Il est moins sensible aux effets thermiques qui provoquent dans le bipolaire de puissance le phénomène de second claquage.

Ces avantages du transistor MOS sur le transistor bipolaire sont néanmoins contre balancés par des inconvénients liés au principe même de son fonctionnement. Les phénomènes physiques qui limitent les performances du transistor MOS dans le domaine de la puissance sont de deux ordres, les uns limitent la tension de claquage, les autres limitent le courant en régime conducteur.

En effet la stabilité thermique du MOSFET de puissance rend son utilisation intéressante dans le dessin des étages de puissance du PA où les composants possèdent une taille importante et où le contrôle thermique reste critique.

TACK, M. GRAF, C. III France, Vol. S Moss,4, Vol. Hilsum, p IEEE Trans. On Electron Devices, Vol. LIU, K. LIU, J. LOU, C. GIRY, C. NASH, W. YAN, and K. On Circuits and Systems, Vol. UENO, K. Journal of Applied Physics, Vol. La technologie 0.

Elles correspondent aux performances électriques en régime à la fois statique. Ce chapitre considère seulement les paramètres électriques en régime statique. La tension de seuil doit atteindre un minimum de 0. Toutes les autres caractéristiques sont considérées pour une tension de drain de 3. De la même façon, le courant de saturation, Isat, doit être suffisant pour que le circuit puisse délivrer un courant assez important pour un encombrement du LDMOS relativement faible. Performances électriques Vt [V] S.

Ron [mOhm. Le choix final est décrit par la Figure III Située en fin de procédé, la diffusion du canal est mieux contrôlée et indépendante des précédentes étapes technologiques.

Ron ou plus couramment utilisé par rapport à sa surface totale S S. Par la suite, nous considérerons la résistance Ron par rapport à la surface totale du composant c'est-à-dire le S. Le compromis pour les technologies supérieures à 0. Ron BV : évaluation des performances des concurrents par rapport à la limite imposée par le silicium. Ron élevé Figure III Malgré la tenue en tension élevée, les caractéristiques de sorties ne correspondent pas aux spécifications.

E 4. E S. E 3. E 2. E 1. E 5. E 0. Si le compromis W. En effet pour une même tension de claquage avoisinant les 20V, Jazz atteint les limites de performance du Silicium avec une valeur proche des 0. Ron par la modification du niveau de dopage du caisson. Le dopage varie entre 1. La tension de claquage atteint 15V pour un niveau de dopage uniforme compris entre 6 et 8.

Ron et de VT sont obtenus pour une dose de 1. De plus le champ électrique maximal en profondeur est supérieur au champ électrique maximal atteint en surface Figure III Ron obtenu. Les résultats électriques montrent une dispersion importante pour le compromis S. Une tendance apparaît sur chaque lot : - VVI : le dopage de surface permet de régler finement S. Ron et courant de saturation et courant de fuite Ioff en fonction de S. Ron inférieure à 0. Finalement les implantations choisies se rapprochant au plus des conditions voulues sont décrites dans la Table III-4 et les caractéristiques électriques ainsi obtenues sont rappelées dans la Table III Les caractéristiques électriques du NLDMOS sont en accord avec les valeurs précédemment fixées par le cahier des charges.

Ron Figure III Linear S. Ron 0. Cet effet peut être attribué au dopage non uniforme du caisson N le long du Pbody. A mesure que la distance Lext augmente la zone où le champ électrique critique se trouve délocalisée en surface là où le niveau de dopant Nd est relativement plus élevé. Influence de la longueur de grille Lpoly La variation du paramètre géométrique Lpoly permet de trouver la longueur de grille la plus adaptée au cahier des charges.

Ceci est en partie attribué à la réduction du champ électrique latéral. Ainsi pour une même tension appliquée Vd, le nombre de porteurs dans le canal est réduit et par conséquent le courant de sortie. La Figure III illustre cet effet.

Dans notre cas, la valeur Lpoly choisie est de 0. Id, Courant de Drain [A] 8. E caisson N. E 6. Performances électriques Valeurs Vt [V] 0.

MENA, C. HUI, R. TSAI, T. TSUI, P. Technical Digest International, pp. BUXO et I. Ce thème sera abordé plus en détail dans la suite du chapitre.

La capacité Cin est elle-même fonction des capacités Cgd et Cgs. Plus la capacité Cgd sera importante plus le gain en puissance Gp sera faible et les performances en terme de PAE dégradées équation II Choix technologiques possibles Ce paragraphe dissocie les modifications qui peuvent être effectuées sur la topologie du LDMOS dessin et sur le procédé de fabrication. Leur impact sur les paramètres critiques Rg, Cgs, Cgd est discuté.

Optimisation du dessin IV. Une connexion double permet une réduction par 4 de la résistance de grille et donc sera choisie dans le cadre de la minimisation de Rg.

Ce paramètre influe sur la résistance de grille. En effet pour un composant de taille Wtotal donnée le dessin peut être réalisé de différentes manières. La variation de la distance Linterpoly modifie la surface du dispositif et de ce fait la capacité surfacique Cds. Chapitre II- fig. Cette configuration permet une polarisation uniforme du Pbody le long du W avec le canal et la source ramenés au même potentiel. A fort Vd et donc à fort champ électrique un claquage prématuré est observé.

E 8. E claquages prématurés 0. Dans ces conditions, un certain niveau de courant doit être maintenu afin de ne pas franchir un point de fonctionnement critique à Vd suffisant. Une réduction de 7 fois sa distance maximale permet de retarder de doubler la tension de claquage. La résistance S. Dans cette configuration le LDMOS est susceptible de rencontrer des problèmes de fiabilité pendant son fonctionnement. Optimisation du procédé de fabrication IV. La réduction de Cgs peut être envisagée par la réduction de la capacité Cox ou encore par la réduction de la longueur effective du canal.

La modification du niveau de dopage, plus particulièrement sa réduction entraînerait une augmentation de la tension de claquage BVds au détriment du S.

Par ailleurs le LDMOS possède une longueur de grille largement supérieure au minimum requis par la technologie. Le rétrécissement de la longueur de grille reste envisageable et ainsi Lacc et Cgd seraient réduits.

Par la suite ce point sera étudié plus en détails en tenant compte de la faisabilité technologique. Figure IV a. Par ce biais il serait possible de réduire la longueur de grille et ainsi la capacité Cgd. Des étapes supplémentaires sont nécessaires à la réalisation de cet espaceur large. Ainsi, elle évite une éventuelle sur-gravure qui pourrait endommager les espaceurs CMOS standard.

Une fois la gravure du SiProt réalisée la grille est alors prête à être complètement siliciurée. Ce paragraphe illustre les modifications nécessaires apportées au layout et les changements apportés au procédé de fabrication. Descriptif de la structure Une seule modification au niveau dessin est à noter. Il concerne le niveau du SiProt délimité par le périmètre bleu et indiqué par une flèche sur la Figure IV Il correspond à la zone de recouvrement du SiProt ou encore à la zone sur active protégé de la siliciuration.

Ainsi la zone SiProt ne recouvre plus la grille et se situe à 0. Etapes spécifiques Plusieurs étapes sont introduites au procédé de fabrication original dont deux spécifiques : - le dépôt épais de nitrure. Cela est observé pour des épaisseurs déposées supérieures à nm. La valeur limite du second espaceur atteint nm. Les autres étant découverts afin de pouvoir les graver par la suite Figure IV Les espaceurs côté source ne sont pas protégés pour permettre la gravure du second espaceur.

Le temps de gravure et le dosage des espèces ont été principalement modifiés. Cette étude est réalisée sur des longueurs de grille variant entre 0. Il est nécessaire de modifier la recette afin de minimiser le budget résine consommé au cours de la gravure.

La sélectivité de la gravure du nitrure par rapport à la résine doit être augmentée. Pour cela dix recettes sont considérées avec des modifications apportées à la fois sur la puissance, le type de précurseurs utilisés et leur ratio. Un recouvrement négatif correspond à une absence de résine sur la grille en fin de gravure.

Pour des grilles de 0. Ces deux recettes correspondent également au recouvrement maximal de résine sur la grille de 0. Néanmoins ce recouvrement reste relativement faible, proche de zéro, et peut être considéré comme efficace. SiProt et élimination résine. Ainsi les espèces implantées possèdent un budget de diffusion plus augmentation mammaire avant apres biberon verre et ceci peut modifier les performances électriques des MOS ou des bipolaires.

Pour éviter ces phénomènes un nitrure basse température technologie SiNgen [INT01], [INT02] est utilisé, qui contrairement au nitrure de type four possède une température de dépôt plus basse et également un temps de dépôt réduit.

Malgré cela un procédé de fabrication mal réglé peut faire apparaître des résidus pouvant perturber le bon fonctionnement des composants i. La nouvelle architecture permet la siliciuration totale du polysilicium de grille et donc pour une même longueur de grille une réduction de la résistance de grille Rg Figure IV La partie non siliciurée possède une résistance carrée supérieure à la zone siliciurée.

En dessous de 0. Ron Figure IV et une diminution du gm. Ron Cgd [fF] S. La structure à 0. La variation du S. La diminution du courant de sortie est due à un débordement hors de la grille du canal diffusé Pbody.

Pour des longueurs de grille inférieures à 0. Dans ce cas, seules les charges présentes dans le canal composent le courant de sortie. Ces deux points expliquent partiellement la diminution du courant de sortie pour les faibles longueurs de grilles. Pour bénéficier de la réduction des éléments capacitifs induite par la réduction de la longueur de grille Lg, le canal doit être contenu sous la grille.

Cette augmentation du S. Ron a été attribuée à une diffusion excessive du PBody en dehors de la grille. Ron en fonction de Lg pour une ouverture de 0. Ron autour de 0. La forte amélioration du fT est due à la réduction simultanée de la capacité Cgd et Cgs. La réduction de la longueur de grille a pour effet de diminuer Lacc et donc Cgd mais également de réduire la longueur effective du canal et donc Cgs.

En effet pour une même tension appliquée et une longueur de grille réduite, le champ électrique latéral est supposé plus important. Par conséquent le pincement du canal sera plus important et sa longueur effective réduite. Ron de 0. E 15 0 0. Elle a cependant permis de montrer les bénéfices de la diminution de la longueur de grille sur les performances dynamiques.

Une dernière possibilité est étudiée par la suite pour parvenir à maintenir un S. Ron constant voire inférieur à la valeur de la structure standard. Implantation Pbody En vue de réduire la diffusion du Pbody sous des grilles de faible longueur, plusieurs solutions sont envisageables: - réduction du budget thermique appliqué au Pbody.

Ces solutions peuvent être envisagées séparément ou combinées. Le budget thermique de sa diffusion est réduit et entraîne la réduction de la longueur du canal par une activation plus faible des espèces implantées. Dans ces conditions le LDMOS est très susceptible de présenter des fuites au niveau du courant de drain en régime non passant. Dose Pbody [at. La simulation révèle une augmentation de la tension de seuil et également une augmentation de S.

Ron dépasse 0. Budget thermique réduit Implantation Pbody après espaceurs 1. Pour la dose maximale simulée en budget thermique réduit Namax se rapproche de 1. La longueur du canal reste inférieure au 0. Par exemple un canal de 0. Une tension de seuil trop faible aura comme principal effet un courant de fuite plus important en régime bloqué. Comme précédemment la dose est augmentée pour maintenir une tension de seuil correcte. Les résultats sur silicium confirment la simulation de manière qualitative.

Ainsi le S. Malgré cela la tension de seuil atteint difficilement les mV requis pour des énergies de 20 et 25 keV. Des doses élevées de 5.

Optimisation des potentialités d`un transistor LDMOS pour l

Ron inférieur à 0. Ron en fonction de la Figure IV Tension de seuil en fonction des réduction de Lpoly pour des conditions Pbody à budget conditions Pbody énergie et dose à budget thermique thermique réduit. Dans ce cas le budget thermique est très fortement réduit et de ce fait la diffusion du canal sous la grille sera moins importante que dans le cas précédent. Ron simulé inférieur à 0. Malgré cela les valeurs obtenues sont largement supérieures aux valeurs souhaitées.

Des doses inférieures à 4. La diffusion est réalisée à forte température et extrêmement rapide quelques secondes. Les dimensions du canal sont importantes avec des largeurs dépassant les 0. Des résultats équivalents sont obtenus pour des énergies comprises entre 26 keV et 28 keV.

Le budget thermique reste inchangé et les espèces sont implantées avec une énergie moindre. Ron atteint une valeur de 0. Seules de faibles variations sont acceptables.

En effet pour des doses de 3. Malgré cela, le S. Ron est plus important avec un niveau du courant de saturation faible. Malgré tout leurs performances en terme de S. La solution retenue est le procédé de fabrication sans modification du budget thermique de diffusion du Pbody. Paramètres VT [V] S. La diminution de la longueur de grille Lpoly ou la réduction de Lacc permet de minimiser la capacité Cgd.

Parallèlement la résistance de grille Rg augmente car la surface totale du polysilicium est réduite. Cette augmentation reste compensée par la réduction des autres éléments capacitifs, comme Cgd et Cgs. De ce fait toutes ces améliorations permettent pour une architecture complètement siliciurée de gagner à la fois sur les performances du fT et du Fmax. La diminution de la longueur de la grille de 0. Les résultats sont obtenus à partir des impédances de source et de charge optimales Table IV Pout 30 Rendement 80 1.

La robustesse démontrée par les mesures VSWR sur chacune des impédances de charge optimale reste équivalente pour les deux transistors. CHAN, J. CHEN, P. KO, C. Ce qui assure qu'aucun courant ne circule. Lorsque, dans l'inverseur réalisé plus haut, l'entrée est basse, aucun courant ne passe. En associant les deux circuits, pull-up et pull-downon fabrique un inverseur CMOS.

En fin de compte, ce circuit ne consomme dans le cas idéal aucun courant et ne dissipe donc pas d'énergie. Nous avons déjà vu que le MOSFET est intéressant d'un point de vue fonctionnelcar il permet de réaliser des composants essentiels à savoir les portes logiques.

Mais comment peut-on construire de tels composants? Le PFET est conçu exactement de la même manière, en intervertissant silicium dopé P et dopé N, ce sont alors les trous qui conduisent. En pratique, la source est reliée au corps, ce qui explique qu'elle serve de référence dans toute l'étude électrique du système. Celui-ci est dopé de manière adéquate par une association de procédés chimiques d'abrasion et de procédés physiques de photosensibilisation.

Transistor/Transistor MOSFET

Les pistes d'oxyde de silicium sont obtenues en oxydant le métal directement sur la galette à l'aide d'un laser, en présence d'oxygène et d'eau. On dépose enfin les pistes de silicium polycristallin ou polysilicium. Tout le procédé est automatisé et très rapide. L'ingénieur se contente de tracer les pistes, dont le dessin très régulier permet d'accélérer encore la mise au point. La valeur du paramètre Kutilisé dans l'étude de l'amplificateur inverseur, est sujette à des variations.

En particulier, elle varie avec la température, alors même que le transistor s'échauffe lors de son utilisation. Elle n'est acceptablement constante que pour des courants relativement faibles.

En dépit de l'architecture CMOS, qui réduit de façon drastique la consommation d'un circuit numérique, nos ordinateurs consomment toujours de l'énergie! En effet, cette méthode de construction permet d'éliminer la dissipation d'énergie en régime permanent, appelée dissipation statique. Enfin, comme aucun condensateur n'est parfait, un léger courant de fuite s'échappe de la grille… Ces remarques, d'ordre pratique, sont essentielles pour la mise au point de micro-processeurs mais restent secondaires dans le cadre de la réalisation de circuits modestes.

Une page de Wikiversité. Début de la boite de navigation du chapitre. Caractéristique du montage. Régime linéaire triode. Espaces de noms Page Discussion. Communiquer La salle café Discussion instantanée Soutien pédagogique Requêtes. Contribuer Aide Bac à sable Communauté Faire un don. Outils Modifications récentes Pages spéciales Importer des pages Téléverser un fichier Page au hasard.

La dernière modification de cette page a été faite le 26 avril à Politique de confidentialité À propos de Wikiversité Avertissements Développeurs Statistiques Déclaration sur les témoins cookies Version mobile.