Rapport de stage en laboratoire d'électricité.

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En 1958, l’américain Jack Kilby invente le premier circuit intégré1 jetant ainsi les bases du matériel informatique moderne. Pour la petite histoire, Jack Kilby, qui venait de rejoindre la compagnie Texas Instruments, a fait cette découverte alors que la plupart de ses collègues profitaient de vacances organisées par la société. À l’époque, Kilby avait tout simplement relié entre eux différents transistors en les câblant à la main. Il ne faudra par la suite 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, ainsi que d’unités logiques et arithmétiques. Ce concept révolutionnaire concentrait dans un volume incroyablement réduit, un maximum de fonctions logiques, auxquelles l’extérieur accédait à travers des connexions réparties à la périphérie du circuit.[1]

1958 2000

Figure 1: Développement des Circuits intégrés

Dès 1907 apparaît la triode, dans laquelle une grille est ajoutée entre le filament et la plaque. Cette grille joue le rôle de « modulateur d’électrons » : selon sa polarisation, elle les bloque ou accélère leur passage (amplification du courant).

Dans les années 40, les triodes et autres tubes à vide sont utilisés dans les tout premiers ¬ordinateurs pour calculer plus rapidement qu’à la main. Les nombres et les opérations sont codés en mode binaire, à l’aide de 0 ou de 1 : par exemple, le 1 correspond au passage du courant électrique, le 0 à son blocage. Mais pour effectuer des calculs complexes, demandés par exemple par les physiciens, il faut ¬multiplier les tubes à vide ; or ceux-ci sont volumineux, chauffent beaucoup et « claquent » facilement. Ce manque de fiabilité freine le développement de l’informatique.

1.1.1 DU TRANSISTOR AU CIRCUIT INTÉGRÉ

En 1948, John Bardeen, Walter Brattain et William Shockley , trois physiciens américains inventent le transistor bipolaire et ouvrent ainsi l’ère de la microélectronique.

Le transistor bipolaire comprend un émetteur d’électrons, un collecteur et un dispositif de modulation appelé base. Le déplacement des électrons ne s’effectue plus dans le vide mais dans un matériau solide, le semi-conducteur dont on contrôle la capacité à conduire les courants d’électrons. La fiabilité est considérablement améliorée.

1.1.2 LES CIRCUITS INTÉGRÉS ACTUELS

En 2005, un microprocesseur (le circuit intégré le plus complexe) est un morceau de plaque de silicium carré d’environ 2,5 cm de côté. Il peut comporter plusieurs centaines de millions de composants. Il est enfermé dans un boîtier protecteur muni de « pattes » (d’où le nom de «puce ») pour assurer les connexions avec les autres organes de l’appareil dans lequel il s’insère.

La plupart des transistors sont des MOS (pour Métal, Oxyde, Semi-conducteur), une technologie développée dans les années 1970 : elle permet de réaliser des transistors qui consomment moins et de faciliter l’intégration des résistances, autres composants importants des circuits intégrés.

La taille des circuits intégrés augmente régulièrement. Celle des plaques de silicium sur lesquelles ces circuits sont fabriqués augmente également, pour faire tenir un même nombre de puces sur chaque plaque. Ces vingt dernières années, l’industrie microélectronique a utilisé successivement des lingots de silicium de 100 mm de diamètre, puis 200 mm , puis300mm.

1.2 Les différents types des circuits intégrés :

1.2.1 Circuit intégré linéaire (analogique) :

Il s’agit d’un circuit travaillant avec des tensions pouvant prendre différentes valeurs entre deux valeurs limites min et max : régulateurs de tension genre LM7812, amplificateurs opérationnels genre LM741 ou NE5532, amplificateurs BF de type LM386 ou TDA2030…

Il existe en particulier pour les circuits logiques- deux principales technologies pour les circuits intégrés ; les TTL et les CMOS.

TTL

Transistor-Transistor Logic CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor

Cette famille est réalisée avec la technologie du transistor bipolaire et tend à disparaître du fait de sa consommation énergétique élevée Dans ces circuits, un étage de sortie est composé d’un couple de transistors MOSFET N et P placés de manière symétrique et réalisant chacun la même fonction.

Tableau 1: Les TTL et Les CMOS

1.2.2 Circuit intégré numérique :

Les circuits intégrés numériques les plus simples sont des portes logiques (et, ou et non), les plus complexes sont les microprocesseurs et les plus denses sont les mémoires.

On trouve de nombreux circuits intégrés dédiés à des applications spécifiques (ou ASIC pour Application-specific integrated circuit), notamment pour le traitement du signal (traitement d’image, compression vidéo...) on parle alors de processeur de signal numérique (ou DSP pour Digital Signal Processor).

Une famille importante de circuits intégrés est celle des composants de logique programmable (FPGA, CPLD). Ces composants sont amenés à remplacer les portes logiques simples en raison de leur grande densité d’intégration.

 Technologies CMOS, Bipolaire,

BiCMOS,

GaAs, SiGe,

Electronique, magnétique…

Figure 2: Type Familles Logiques

 Types de

circuits,

Architectures