E8 Dispositifs semi-conducteurs avancés

Topique

Les transistors sont les composants actifs fondamentaux de l'électronique moderne et se divisent en deux grandes familles aux principes de fonctionnement distincts. Le transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) contrôle un courant relativement important entre deux de ses bornes en appliquant une tension à une troisième borne, la grille, sans qu'aucun courant ne circule dans cette dernière. Dans son mode de fonctionnement le plus utile, celui d'amplificateur, ce courant contrôlé croît beaucoup plus rapidement que la tension excédentaire au-dessus du seuil nécessaire à l'amorçage du transistor.

La miniaturisation continue de ces transistors – aujourd'hui de l'ordre de quelques nanomètres seulement dans les puces les plus avancées – a été le moteur de toute l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, à ces échelles, des effets indésirables commencent à apparaître, notamment la limitation de la densité de courant déjà anticipée par le modèle local de la loi d'Ohm.

Le transistor bipolaire (BJT), l'autre grande famille, contrôle un courant de sortie au moyen d'un courant d'entrée beaucoup plus faible, chaque transistor possédant un facteur d'amplification caractéristique. Il est généralement plus linéaire que le MOSFET, mais contrairement à ce dernier, il consomme du courant à sa borne de commande.

Au-delà du silicium conventionnel, les semi-conducteurs à large bande interdite, tels que le nitrure de gallium ou le carbure de silicium, supportent des tensions, des températures et des fréquences de fonctionnement bien plus élevées que le silicium traditionnel, confirmant ainsi la relation entre la largeur de la bande interdite et le comportement du matériau établie par le modèle précédent. Ces semi-conducteurs sont aujourd'hui la technologie clé de l'électronique de puissance moderne : véhicules électriques, bornes de recharge rapide et systèmes d'énergies renouvelables.

Par conséquent, ce module, qui commence par distinguer deux familles de transistors selon la borne qui les contrôle, conclut en démontrant que la limite de miniaturisation de chaque famille n'est pas un choix d'ingénierie arbitraire, mais une conséquence directe des principes physiques de la densité de courant, principes déjà établis dans ce catalogue.

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