Depuis la commercialisation en 1971 du premier circuit intégré par Intel, le modèle 4004, les technologies CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) n’ont cessé d’évoluer. L’objectif principal a été d’améliorer la performance et la densité des transistors, en maximisant la vitesse, en minimisant la consommation d’énergie, et en réduisant l’espace occupé par chaque transistor. Aujourd’hui, ces compromis prennent également en compte l’impact environnemental, un concept désigné par l’acronyme PPACE, qui signifie Power Performance Area Cost Environment. À titre d’illustration, entre 1971 et 2012, la densité d’intégration des circuits a été multipliée par 40 000 et la vitesse par 27 000.
Ce dossier vise à décrire et justifier les méthodes de quantification de la densité d’intégration, ainsi que les moyens d’évaluer et d’optimiser la performance d’un transistor MOS, tout en établissant le lien entre cette performance et celle d’un circuit intégré numérique. Nous commencerons par des notions de base, en explorant les différents régimes de fonctionnement d’un dispositif simplifié sur silicium. Cela inclut la variation de la capacité MOS en fonction de la tension, ce qui permet de définir le concept de tension de seuil, la limite entre les états ON et OFF du transistor. Le fonctionnement du transistor MOS sera alors expliqué, en partant du cas idéal jusqu’à l’ultime transistor, en utilisant des équations simples pour illustrer l’influence des divers paramètres.
La réduction des dimensions des transistors, ainsi que son impact sur le comportement et la performance, sera également abordée. Nous examinerons les limitations associées et les solutions mises en place pour continuer cette miniaturisation tout en améliorant les performances. Les évolutions architecturales et les nouvelles règles de dessin nécessitent la création de figures de mérite et de métriques de performance, qui seront détaillées et justifiées. Les liens entre la performance du transistor et celle du circuit, ainsi que le comportement du transistor et les solutions technologiques, seront mis en lumière. En outre, les spécificités de la construction des technologies CMOS seront discutées, notamment la capacité à offrir différents dispositifs avec un procédé d’intégration unique. Enfin, l’importance de se tourner vers de nouvelles architectures de transistor MOS sera soulignée, marquant un tournant pour l’industrie de la microélectronique dans les années 2010, afin de poursuivre la loi de Moore.
Source : Article original sur les technologies CMOS.
