De MOS aux Circuits Intégrés
16 Questions
0 Views

Choose a study mode

Play Quiz
Study Flashcards
Spaced Repetition
Chat to Lesson

Podcast

Play an AI-generated podcast conversation about this lesson

Questions and Answers

Quel est le nom complet du transistor MOS ?

Transistor à effet de champ (MOS)

Le transistor MOS a été inventé en 1959.

False (B)

Quels sont les deux types de circuits MOS ?

NMOS et CMOS

Quel est le rôle du canal dans un transistor MOS ?

<p>La zone inversée du transistor MOS.</p> Signup and view all the answers

Quel est l'avantage principal de la technologie CMOS par rapport à la technologie NMOS ?

<p>Consommation plus faible (C)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qu'une porte logique ?

<p>Un circuit qui réalise une fonction logique.</p> Signup and view all the answers

Les portes logiques CMOS sont toujours plus rapides que les portes logiques NMOS.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principal inconvénient des portes logiques à précharge ?

<p>Vitesse minimale de fonctionnement.</p> Signup and view all the answers

Associez les technologies CMOS avec les années correspondantes :

<p>0,5µm = 1993 1µm = 1986 1,5µm = 1986 0,18µm = 1997 0,13µm = 2000 0,1µm = 2002 0,07µm = 2003</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qu'un 'System On Chip' (SOC) ?

<p>Un circuit intégré contenant tous les composants d’un système complet.</p> Signup and view all the answers

Le coût de développement d’un nouveau circuit VLSI est relativement faible.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce que la loi de Moore ?

<p>La loi de Moore prédit le doublement du nombre de transistors sur une puce intégrée tous les deux ans.</p> Signup and view all the answers

La loi de Moore est toujours valable aujourd'hui.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principal défi à relever pour l'industrie des semi-conducteurs aujourd'hui ?

<p>L'augmentation de la consommation d'énergie et la dissipation thermique.</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qu'un multiprocesseur monolithique ?

<p>Un circuit intégré contenant plusieurs processeurs sur une seule puce.</p> Signup and view all the answers

Quel est le nom de la caractéristique qui permet aux processeurs de forte puissance de consommer moins d’énergie que ceux de faible puissance ?

<p>Efficacité.</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Transistor MOS

Un type de transistor à effet de champ (FET) où un champ électrique appliqué à une grille contrôle le flux de courant entre une source et un drain.

MOS Attala

Invention de 1959 utilisant la silice pour l'isolant dans les transistors MOS.

Histoire des transistors MOS

Le transistor MOS a été inventé en 1933, mais il n'a été utilisé qu'en 1959 en raison de l'utilisation d'un nouvel isolant, la silice.

Effet de champ

Le champ électrique créé par une tension appliquée sur la grille d'un MOS contrôle le flux de courant entre la source et le drain.

Signup and view all the flashcards

Capacité MOS

Un composant électronique composé d'une grille métallique, d'une couche d'isolant (SiO2) et d'un substrat semiconducteur, où la tension appliquée à la grille contrôle la capacité entre le métal et le semiconducteur.

Signup and view all the flashcards

Transistor MOS: Structure

Un transistor MOS est constitué d'une capacité MOS et de deux électrodes latérales, la source et le drain. Un canal se forme dans le substrat entre la source et le drain lorsqu'une tension positive est appliquée à la grille.

Signup and view all the flashcards

Utilisation du transistor MOS

Le transistor MOS est le composant principal des circuits intégrés à grande échelle (VLSI).

Signup and view all the flashcards

Evolution de la taille des transistors MOS

La miniaturisation des transistors MOS a progressé de manière exponentielle depuis les années 1960, permettant une augmentation constante de la densité et de la puissance des circuits intégrés.

Signup and view all the flashcards

Fonctionnement d'un transistor MOS

Le courant drain d'un transistor MOS est proportionnel à la différence de potentiel entre la grille et la source, moins une tension seuil.

Signup and view all the flashcards

Vitesse des portes CMOS

La vitesse des portes CMOS augmente de manière exponentielle avec la réduction de la taille des transistors, ce qui permet une augmentation de la fréquence d'horloge des processeurs.

Signup and view all the flashcards

Circuiterie N MOS

La circuiterie NMOS utilise des transistors MOS N pour construire les portes logiques. Elle était populaire dans les années 1970 et 1980.

Signup and view all the flashcards

Logique CMOS

La circuiterie CMOS utilise des transistors MOS N et P complémentaires pour réaliser les portes logiques. Elle est aujourd'hui la technologie dominante pour les circuits intégrés.

Signup and view all the flashcards

MOS comme un interrupteur

Un transistor MOS peut être considéré comme un interrupteur commandé par la tension de la grille. Lorsqu'il conduit, il offre une faible résistance, et lorsqu'il est bloqué, il présente une résistance infinie.

Signup and view all the flashcards

Charge d'une capacité

La charge et la décharge des capacités du circuit doivent être soigneusement considérées pour optimiser la vitesse et l'efficacité des portes CMOS.

Signup and view all the flashcards

Réseaux de conduction

Les réseaux de conduction MOS sont utilisés pour construire des portes logiques en utilisant des transistors MOS comme interrupteurs. La configuration série ou parallèle des transistors détermine la fonction logique générée.

Signup and view all the flashcards

Réseaux de conduction CMOS

La logique de conduction CMOS utilise des réseaux de transistors MOS N et P complémentaires pour réaliser des portes logiques symétriques, permettant de transmettre efficacement les signaux à la fois haut et bas.

Signup and view all the flashcards

Portes classiques CMOS

Les portes logiques CMOS sont constituées de deux réseaux de conduction complémentaires: un réseau de transistors N et un réseau de transistors P. Les deux réseaux sont connectés à la sortie, l'un à VDD et l'autre à GND.

Signup and view all the flashcards

Inverseur CMOS

Une porte à deux transistors MOS N et P, disposés tête-bêche entre la masse et l'alimentation, avec la même entrée pour les deux grilles. Lorsque l'entrée est haute, le Tr N est en conduction et la sortie est basse. Lorsque l'entrée est basse, le Tr P est en conduction et la sortie est haute.

Signup and view all the flashcards

Porte Nand

Une porte CMOS où le réseau de transistors N est en série et le réseau de transistors P est en parallèle. La sortie est haute uniquement lorsque toutes les entrées sont basses.

Signup and view all the flashcards

Porte complexe

Une porte logique CMOS qui réalise la fonction logique NON-ET-OU.

Signup and view all the flashcards

Logique de connexion

Un circuit logique où la tension d'un nœud est définie par plusieurs réseaux de connexion qui le connectent en fonction de la logique des entrées.

Signup and view all the flashcards

Exemples de logique de connexion

Les portes ET, OU et OU EX avec NON-OU EX montrent l'utilisation de réseaux de connexion pour réaliser des fonctions logiques simples.

Signup and view all the flashcards

Portes trois états

Les portes trois états utilisent des réseaux de connexion avec un troisième état isolé en plus des états logique 0 et 1. Ce type de porte est souvent utilisé pour les bus et les structures dynamiques.

Signup and view all the flashcards

Inverseur trois états

Un inverseur CMOS qui utilise un interrupteur supplémentaire pour isoler la sortie du circuit. Lorsque l'interrupteur est activé, l'inverseur fonctionne normalement, et lorsqu'il est désactivé, la sortie est isolée.

Signup and view all the flashcards

Logique dynamique

Une méthode de conception de circuit CMOS où la capacité d'un nœud est utilisée pour stocker temporairement de l'information.

Signup and view all the flashcards

Logique à précharge

Une technique de logique dynamique qui utilise deux phases: une phase de précharge où la sortie est initialisée à une valeur par défaut, et une phase de décharge où la sortie est changée en fonction de la logique des entrées.

Signup and view all the flashcards

Technologie CMOS

La technologie CMOS est le procédé de fabrication le plus utilisé aujourd'hui pour les circuits intégrés. Elle utilise une succession d'étapes de masquage, de gravure, d'implantation ionique et de dépôt pour réaliser des circuits intégrés.

Signup and view all the flashcards

Circuits sur une tranche

La fabrication des circuits intégrés CMOS est réalisée sur une tranche de silicium, divisée en plusieurs circuits individuels.

Signup and view all the flashcards

Insolation circuit par circuit

Utilisation d'une technique de photolithographie pour insoler les circuits sur la tranche, en utilisant des masques qui permettent la fabrication de motifs fins.

Signup and view all the flashcards

Réalisation d'un inverseur CMOS

La fabrication d'un inverseur CMOS implique plusieurs étapes d'oxydation, d'implantation ionique, de dépôt et de gravure pour réaliser les transistors N et P, ainsi que les connexions métalliques.

Signup and view all the flashcards

Problème topologique

Une technique de design de circuit VLSI où les composants sont disposés sur une surface plate. La fonctionnalité du circuit dépend directement de la disposition géométrique des transistors et des connexions.

Signup and view all the flashcards

Complexité du dessin d'un circuit intégré

La complexité du design d'un circuit VLSI est comparable à la création d'une carte extrêmement détaillée d'un pays ou d'une tapisserie immense.

Signup and view all the flashcards

Coût de développement d'un circuit VLSI

Le coût du développement d'un nouveau circuit VLSI peut être très élevé en raison de la complexité du design et de la nécessité de grandes séries pour amortir les coûts.

Signup and view all the flashcards

Coût des reprises

Les erreurs dans la conception des circuits VLSI sont extrêmement coûteuses à corriger en raison de la complexité des circuits et des volumes de données nécessaires.

Signup and view all the flashcards

Intel Pentium 4 (Northwood)

Un processeur conçu pour avoir une haute fréquence d'horloge et une grande puissance de calcul.

Signup and view all the flashcards

Circuit conçu automatiquement

Une méthode de conception où les étapes de création et d'optimisation du design sont automatisées à l'aide d'outils informatiques.

Signup and view all the flashcards

Multiprocesseurs monolithiques

L'utilisation de plusieurs processeurs sur une seule puce pour améliorer la performance et la puissance de calcul.

Signup and view all the flashcards

Super-ordinateur monolithique

Un superordinateur monolithique qui combine un processeur Power 64-bits avec 8 processeurs

Signup and view all the flashcards

Circuits "System On Chip"

Des circuits intégrés qui intègrent plusieurs composants et fonctionnalités sur une seule puce, comme des processeurs, des mémoires, des interfaces d'entrées/sorties, et des blocs pré-conçus.

Signup and view all the flashcards

Règle générale d'évolution de l'électronique

Une règle selon laquelle des solutions physiques et analogiques sont progressivement abandonnées au profit de dispositifs numériques et logiques, plus performants et plus compatibles avec l'environnement "humain".

Signup and view all the flashcards

Study Notes

Introduction

  • The presentation is about the evolution of MOS logic circuits to integrated circuits.
  • The speaker, François ANCEAU, is a Professor Emeritus from CNAM and works at Lip6/CIAN.
  • The presentation, titled "From MOS to Integrated Circuits", was given at CNAM in November 2013.
  • The presentation is divided into two parts.

Evolution Plan (Part 1)

  • Introduction
  • Electronic tubes
    • History
    • Functioning
    • Logical circuits with levels and impulses
  • Electromagnetic relays
  • Semiconductor devices (logic)
    • Doping N and P
    • Diodes
    • Junctions
    • Bipolar transistors
      • Point-contact and junction transistors
      • Manufacturing processes
      • Synchronous logic circuits

Evolution Plan (Part 2)

  • Field-Effect Transistors (MOS)
    • History
    • Metal or polysilicon gate
    • NMOS and CMOS circuits
  • CMOS complementary technology
  • Integrated circuits
  • Towards gigantism (incremental scaling)

MOS Transistors

  • Attala MOS (1959) is discussed.

History of MOS Transistors

  • Invented in 1933 by J.E. Lilienfeld, the solid-state triode couldn't be used practically
  • In 1959, John Attala and Dahwon Kahng proposed using silicon dioxide as insulator in MOS transistors.
  • By 1968 Faggin and Klein demonstrated the effectiveness of polycrystalline silicon in creating MOS transistor grids.
  • In 1963, Sha and Wanlass developed CMOS circuits using complementary transistors to achieve low-power designs.

Field Effect

  • The presentation describes the functioning of field effect transistors.

MOS Capacitance

  • The presentation illustrates the structure and function of Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) capacitance with diagrams.
  • It demonstrates the concepts of applying an electric field to modify the conductivity of the semiconductor material.
  • It elaborates on the principles of electron flow and their changes in the presence of an electrical field.

Transistor MOS

  • They are composed of one MOS capacitor and two lateral electrodes (source and drain).
  • They exist in two complementary configurations: N-type (with a P-type substrate) and P-type (with an N-type substrate).
  • These transistors have parasitic capacitances at drains and sources which affect them.

Characteristics of a MOS Transistor

  • This section addresses the practical functionalities of MOS transistors.

The MOS Transistor Today

  • The MOS transistor is the ideal component for the development of integrated circuits (ICs) in all of their complex forms.
  • There are both discrete versions (MOSFETs) used in power applications, and integrated ones with large populations forming the functionality of modern complex circuits.

Exponential Evolution

  • The presentation highlights the exponential growth of integrated circuits.
  • Integrated circuits' complexity has exceeded what was achievable in older architectures.

CMOS Gate Speed

  • The performance of CMOS gates increases as technology progresses.
  • This trend shows a regular and predictable growth over time.

NMOS Circuitry

  • Used in 1970-1980 microprocessors (8 and 16-bits.)
  • Similar to RTL bipolar circuitry, but uses a MOSFET instead of a resistor, providing a voltage compatibility characteristic for digital logic.
  • Matriciel Logic Array (PLA) architecture is shown.
  • On-off times are shown.

CMOS Logic

  • The presentation discusses the functioning of CMOS logic.
  • It highlights the concept of the MOS transistor acting as a switch, controlled by voltage.
  • It demonstrates different states of transistors: saturated and non saturated.
  • The presentation shows details of how data is loaded and unloaded.

CMOS Logic Charging

  • The presentation illustrates charging a capacitor with a Transistor.
  • Different voltage conditions and their effects on current are discussed.

Conduction Networks

  • These networks are inspired by relay designs.
  • Networks may use one or two types of transistors (or a mixed configuration, allowing for full function).
  • The section illustrates how connections can be made in series or in parallel.

CMOS Conduction Networks

  • The networks are shown to be formed of combinations of N or P transistors.
  • The use of both N-type and P-type transistors allows for full functionality encompassing all possible logic states.

Classic Gates

  • The presentation illustrates the structure of classic gates using N and P transistors.
  • This section showcases the application of dual logic in CMOS.

Inverters

  • Inverters with N and P transistors are detailed.
  • The symmetrical behaviour of source and drain is discussed.

NAND Gates

  • This section describes how NAND gates are built.
  • The concept of dual functionality, with series and parallel equivalent networks is introduced.

Complex Gates

  • The presentation discusses more intricate logic gates (e.g., NOT AND OR gates), emphasizing how they are built from combining N-type and P-type transistors.
  • Diagram and table representing these configurations are presented.

Connection Logic

  • Defining connection potentials for different logical network structures (e.g., series and parallel connections).

Examples (ET, OU, OUEX)

  • Logic operations (AND, OR, and an XOR-like gate) are detailed and illustrated.
  • Use cases and circuit representations of these are also shown.

Three-state Gates

  • The logic behavior of three-state gates is shown.
  • Uses cases are described including the ability of multiple input/output sources.

Dynamic Logic

  • Discusses the characteristics of dynamic logic.
  • This logic style leverages capacitive behavior to store data, improving speed but increasing complexity in design.
  • Features, like simplified circuit blocks and charge-driven logic, are discussed.

Precharge Logic

  • This section describes techniques of enhancing dynamic logic performance via precharge sequences.
  • The trade-offs, like reduced gate speed due to timing constraints, are highlighted.

CMOS Technology

  • The presentation discusses various CMOS process and design parameters, including metrics used to evaluate their performance.

Tranches of Circuits

  • Circuits are built together on a single "tranche" or "wafer".
  • The section details costs associated with fabricating circuits on wafers, demonstrating their interconnectedness.

Circuit Insolation by Circuit

  • The presentation describes methods to accurately pattern and fabricate integrated circuits.
  • Tools use optics to create patterns on substrates, allowing finer linework and more complicated circuit designs.

CMOS Inverter Fabrication

  • The presentation details the step-by-step process of creating a CMOS inverter in integrated circuits (ICs).

Fabrication of Trenches/Cavities

  • The process of isolating structural regions in a circuit to create transistors.
  • Various different techniques are illustrated, including photolithography, chemical etching or plasma etching, and the use of different types of materials.

Ion Implantation

  • The presentation discusses how ion implantation is used to change properties of silicon transistors, creating functional structures or regions.
  • Different energy levels affect the depth and extension of the resulting materials.

Creation of an Oxide Region

  • The presentation describes how oxide layers are created in integrated circuit fabrication.

Nitride Masking and Growth

  • The presentation details how a nitride layer is used to manage the growth of the oxide layer.

Oxide Development

  • The presentation discusses creating the desired oxide layer.

Gate Production:

  • The steps for producing gates, including nitride removal and subsequent oxide growing in circuits (ICs).

Creation of Polysilicon Gates

  • The process of adding polycrystalline silicon layers (polysilicon) to create functional gates and interconnect structures in ICs.

Polysilicon Gate Production

  • The presentation highlights the process steps involved in creating functional polysilicon gates in integrated circuits (ICs).

Making Active Regions

  • How to create regions for P and N transistors via masking and ion implantation.

Fabrication of Active Regions N

  • The construction of N-type active areas uses a similar procedure to P-type creation.

The Reality of the Canal

  • The channel, a crucial part of the transistor, is illustrated.
  • Its dimensions and properties are highlighted as crucial to the overall circuit functioning.

Contact Fabrication-Masking

  • The process of creating and isolating contacts in integrated circuits. (isolating areas).

Contact Fabrication-Etching and Metalization

  • The steps to create holes (or via) for connections, using plasma-etching.
  • Metalization is discussed as crucial to build the connections between separated areas, utilizing techniques like evaporation.

Transistor and Contact Cross-section

  • A graphical representation of a detailed cross-section including transistors and contacts within a circuit structure is presented.

Metallization Levels

  • Steps described to build multilevel metal layers in a circuit.

Assembled Circuits

  • Presentation shows examples of completed integrated circuits and physical chip designs.

Mask Design

  • Describes the process of designing a mask pattern to create a desired circuit feature.

Schematic of an Inverter

  • A schematic layout of an inverter circuit showing the interconnection of various components within the circuit is provided.

Unit Cell Layout

  • The presentation illustrates a diagram of a unit cell within a complex circuit (e.g., an arithmetic and logic unit within a processor).

Pre-characterized Cell Assembly

  • Shows an example of cell-based circuit assembly, and how modern techniques allow complex structures to be efficiently fabricated.

CMOS Circuit Performance

  • Presents diagrams showing how CMOS circuitry performance has evolved over time.

Transistor Count Evolution

  • Graph illustrating how the number of transistors on a chip (like a processor) has been increasing over time.
  • Graph demonstrating how the performance (in MIPS) of different microprocessor families has improved over time.
  • Graph displaying how the power consumption of microprocessors of different technologies and generations has evolved over time.

Efficiency (Architectural and Thermal)

  • The presentation highlights how the efficiency of circuit architectures and thermal management mechanisms have changed over time.

Two Classes of Processors

  • Graph comparing the power consumption with performance for different types of processors.

The Culprit

  • Discussing a public apology by an Intel executive related to performance claims for a processor.

CMOS Circuit Design Concepts

  • Key concepts in the design of CMOS circuits and integrated components are mentioned, with brief descriptions.

Evolution of Component Notions

  • The evolution of the design and use of integrated circuits, from individual components to complex multi-processing chips, is outlined in historical stages.

Topological Problem

  • Discusses the topological limitations in the scale of very large integrated circuits (VLSI) and its challenges in design.

Circuit Design Complexity

  • Illustrates the vast intricacy of designing a complex integrated circuit, through analogy compared to map or artwork requirements.

Topological Issues (suite)

  • Discusses additional topological challenges and considerations in VLSI design.

Internal Circuit World

  • This section discusses the high costs and speeds associated with inputs and outputs.

VLSI Development Costs

  • Details the vast costs involved in designing integrated circuits (VLSI).

Inside a Pentium 4 (Northwood, 2004)

  • Provides technical details on a specific version of a processor chip, including dimensions, frequency, and transistor count.

Intel Pentium 4 (Northwood) (2004) Technical Specifications

  • Provides specific details on the characteristics of the 2004 Pentium 4 architecture, including its components, technology, and features.

Automatically Designed Circuits

  • This section describes the automation in designing integrated circuits (ICs).

Evolution of Complex Circuit Prices

  • Shows how the price of complex circuits has decreased.

Multiprocessors Monolithic

  • Discusses the advancement of multi-core processors on a single chip to enhance performance.

Monolithic Supercomputer

  • This section highlights a specific example of a powerful multi-core, multi-processing, monolithic supercomputer circuit.

"System-on-Chip" Circuits

  • This section discusses advanced circuits combining numerous components onto a single chip, providing comprehensive functionality.

Processor Bull Auriga 2

  • This section details a specific example from a historical processor chip.

General Design Rule

  • The general design principles in designing and evolving electronic devices, like replacing analogue methods with digital ones, are discussed.

Studying That Suits You

Use AI to generate personalized quizzes and flashcards to suit your learning preferences.

Quiz Team

Description

Cette présentation explore l'évolution des circuits logiques MOS vers des circuits intégrés. Sous la direction du Professeur Émérite François ANCEAU, le sujet aborde l'histoire des tubes électroniques, des relais électromagnétiques et des transistors à effet de champ. La discussion s'étend également aux technologies CMOS et à l'intégration croissante des circuits.

More Like This

Electronics and Semiconductor Quiz
5 questions
MOS Transistors and Threshold Voltage
10 questions
MOS CH 1
48 questions

MOS CH 1

AstonishingObsidian avatar
AstonishingObsidian
Use Quizgecko on...
Browser
Browser