Technologie et fabrication des circuits intégrés
Chapitre 1 : introduction à la technologie des semi-conducteurs:
La microélectronique est l’étude et la fabrication des composants à des échelles de l’ordre du micromètre aux nanomètres. Ces « microsystèmes » étaient historiquement fabriqués pour des applications électroniques. Les nouvelles techniques de fabrication ont permis l’émergence de ces composants dans d’autres domaines tels que les capteurs, l’optique, les hyperfréquences, la médecine et la biologie. Les premières avancées dans le domaine de la microélectronique ont eu lieu dans les années 1940 à 1960 avec notamment la création du premier ordinateur. Les progrès technologiques sur les matériaux et les équipements ont permis un abaissement des coûts de production et sont devenus le moteur de la miniaturisation des composants. Le résultat est un gain d’espace et de matière. Ceci a permis d’améliorer de manière significative les performances des microcomposants tout en diminuant l’énergie consommée. En 1969, le scientifique et cofondateur d’Intel, Gordon Earle Moore, émit l’hypothèse prédisant un doublement du nombre de transistors par puce tous les 18 mois à prix constant. Cette hypothèse appelée Loi de Moore est toujours vérifiée à ce jour.
Le Transistor:
En 1947, les physiciens américains John Bardeen, Walter Brain et William Shockley ont inventé le transistor chez Bell Telephone Laboratories. Ils ont reçu le prix Nobel de physique en l'année 1956. En 1954, Texas Instruments a produit le transistor au silicium pour la première fois. L'utilisation du transistor est d'amplifier et commuter des signaux électroniques. Le transistor est considéré comme un énorme progrès face au tube électronique : beaucoup plus petit, plus léger et plus robuste, fonctionnant avec des tensions faibles, autorisant une alimentation par piles, et il fonctionne presque instantanément une fois mis sous tension.
Définition:
Le transistor est un composant électronique qui est utilisé dans la plupart des circuits électroniques (circuit logique, amplificateur, stabilisateur de tension modulation de signal, etc.), c'est un composant fondamental dans les appareils électroniques et des circuits logiques.
Histoire des circuits intégrés :
Jack Kilby (1923 – 2005) est l'inventeur du circuit intégré. En 1958, cet Américain, alors employé par Texas Instruments, créait le tout premier circuit intégré, jetant ainsi les bases du matériel informatique moderne. Pour la petite histoire, Jack Kilby, qui venait de rejoindre la compagnie, a fait cette découverte tandis que la majorité de ses collègues profitaient de vacances organisées par Texas Instruments. À l'époque, Kilby avait tout simplement relié entre eux différents transistors en les câblant à la main. Il ne faudra ensuite que quelques mois pour passer du stade de prototype à la production de masse de puces en silicium contenant plusieurs transistors. Ces ensembles de transistors interconnectés en circuits microscopiques dans un même bloc, permettaient la réalisation de mémoires, mais aussi d'unités logiques et arithmétiques. Ce concept révolutionnaire concentrait dans un volume inprobablement réduit, un maximum de fonctions logiques, auxquelles l'extérieur accédait à travers des connexions réparties à la périphérie du circuit[1]. Cette découverte a valu à Kilby un prix Nobel de physique en 2000, tandis que ce dernier siégeait toujours au directoire de Texas Instruments et détenait plus de 60 brevets à son nom.
Définition du circuit intègres (CI):
Le circuit intégré, aussi nommé puce électronique, est un composant électronique reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques plus ou moins complexes, intégrant fréquemment plusieurs types de composants électroniques de base dans un volume réduit, la figure suivante présente le schéma interne du circuit intègres.
Matière première :
La matière première de base généralement utilisée pour fabriquer les circuits intégrés est le silicium. Néanmoins, d'autres matériaux sont quelquefois employés, comme le germanium ou l'arséniure de gallium. Le silicium est un semi-conducteur dans sa forme monocristalline. Ce matériau doit être pur à 99, 99 %. On produit en premier lieu un barreau cylindrique de silicium en le cristallisant particulièrement lentement. Ce barreau est ensuite découpé pour être utilisé sous forme de galettes de 100 à 800 µm d'épaisseur et ayant jusqu'à 300 mm de diamètre, nommé wafer (galette, en anglais). Un wafer va supporter de nombreux circuits intégrés.
Loi de Moore:
La loi de Moore fixe un cycle de dix-huit mois pour les doublements de nombre de transistors, rendant les ordinateurs rapidement obsolètes. Cofondateur de la société Intel, Gordon Moore avait affirmé dès 1965 que le nombre de transistors par circuit de même taille allait doubler, à prix constants, tous les ans. Il rectifia par la suite en portant à dix-huit mois le rythme de doublement. Il en déduisit que la puissance des ordinateurs allait croître de manière exponentielle, et ce pour des années. Il avait raison. Sa loi, fondée sur un constat empirique, a été vérifiée jusqu'à aujourd'hui. Il a cependant déclaré en 1997 que cette croissance des performances des puces se heurterait.
Application de la loi de Moore:
Qu'un PC acheté en 2003 soit à la fois cinq fois moins cher, dix fois moins lourd, cent fois plus puissant et beaucoup plus ergonomique que notre premier ordinateur, cela ne fait aucun doute. Mais il y a un corollaire à la loi de Moore, dont les vendeurs de hardware ne parlent jamais : c'est que tout ordinateur devient obsolète... au plus tard le jour de son déballage. Et plus on ajoute de fonctionnalités à un ordinateur, plus on augmente la probabilité des « bugs ».
Les 10 plus importants fabricants de circuits intégrés en 2011 et leur part de marché Ces distinctions ont progressivement perdu de leur utilité avec la croissance exponentielle du nombre de portes. Actuellement plusieurs centaines de millions de transistors (plusieurs dizaines de millions de portes) représentent un chiffre normal (pour un microprocesseur ou un circuit intégré graphique haut de gamme). Pour parvenir à de tels niveaux d'intégrations.
Salle blanche : Une salle blanche (ou plus exactement salle propre) est une pièce ou une série de pièces où la concentration particulaire est maîtrisée afin de minimiser l'introduction, la génération, la rétention de contaminations à l'intérieur, parce que les contaminations sont un grand problème dans la fabrication des dispositifs semi-conducteurs.
L'air entrant dans la salle blanche peut être filtré selon différents niveaux de tailles d'éléments indésirables de la poussière, jusqu'à des tailles de trente fois inférieures à une cellule humaine.
Les salles blanches sont utilisées dans les domaines sensibles aux contaminations environnementales : la fabrication des dispositifs à semi-conducteurs comme les diodes, les transistors, les circuits intégrés et les biotechnologies et d'autres domaines, Les paramètres tels que la température, l'humidité et la pression relative sont également maintenus à un niveau précis.
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Cours:
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