Semi-conducteurs

Semiconducteurs au germanium et au siliciumEdit

Le premier dispositif semi-conducteur en silicium était un détecteur à cristal radio en silicium, développé par l’ingénieur américain Greenleaf Whittier Pickard en 1906. En 1940, Russell Ohl découvre la jonction p-n et les effets photovoltaïques dans le silicium. En 1941, des techniques de production de cristaux de germanium et de silicium de haute pureté sont mises au point pour les détecteurs radar à micro-ondes pendant la Seconde Guerre mondiale. En 1955, Carl Frosch et Lincoln Derick des Bell Labs ont découvert accidentellement que le dioxyde de silicium (SiO2) pouvait être cultivé sur le silicium, et ils ont ensuite proposé que cela puisse masquer les surfaces de silicium pendant les processus de diffusion en 1958.

Dans les premières années de l’industrie des semi-conducteurs, jusqu’à la fin des années 1950, le germanium était le matériau semi-conducteur dominant pour les transistors et autres dispositifs semi-conducteurs, plutôt que le silicium. Le germanium était initialement considéré comme le matériau semi-conducteur le plus efficace, car il était capable de démontrer de meilleures performances en raison de la mobilité plus élevée des porteurs. Le manque relatif de performance des premiers semi-conducteurs en silicium était dû au fait que la conductivité électrique était limitée par des états de surface quantiques instables, où les électrons sont piégés à la surface, en raison de liaisons pendantes qui se produisent parce que des liaisons insaturées sont présentes à la surface. Cela empêchait l’électricité de pénétrer de manière fiable dans la surface pour atteindre la couche de silicium semi-conducteur.

Une percée dans la technologie des semi-conducteurs en silicium a été réalisée grâce aux travaux de l’ingénieur égyptien Mohamed Atalla, qui a développé le processus de passivation de surface par oxydation thermique aux Bell Labs à la fin des années 1950. Il a découvert que la formation d’une couche de dioxyde de silicium obtenue par croissance thermique réduisait considérablement la concentration d’états électroniques à la surface du silicium, et que les couches d’oxyde de silicium pouvaient être utilisées pour stabiliser électriquement les surfaces de silicium. Atalla a d’abord publié ses découvertes dans des mémos de Bell en 1957, puis en a fait la démonstration en 1958. Il s’agissait de la première démonstration montrant qu’il était possible de faire croître thermiquement des films isolants de dioxyde de silicium de haute qualité sur la surface du silicium afin de protéger les diodes et transistors à jonction p-n en silicium sous-jacents. Le procédé de passivation de surface d’Atalla a permis au silicium de dépasser la conductivité et les performances du germanium, et a conduit le silicium à remplacer le germanium comme matériau semi-conducteur dominant. Le procédé de passivation de surface d’Atalla est considéré comme l’avancée la plus importante dans la technologie des semi-conducteurs en silicium, ouvrant la voie à la production en masse de dispositifs semi-conducteurs en silicium. Au milieu des années 1960, le procédé d’Atalla pour les surfaces de silicium oxydé était utilisé pour fabriquer pratiquement tous les circuits intégrés et les dispositifs en silicium.

MOSFET (transistor MOS)Edit

À la fin des années 1950, Mohamed Atalla a utilisé ses méthodes de passivation de surface et d’oxydation thermique pour développer le processus métal-oxyde-semiconducteur (MOS), dont il a proposé qu’il puisse être utilisé pour construire le premier transistor à effet de champ en silicium fonctionnel. Cela a conduit à l’invention du MOSFET (transistor à effet de champ MOS) par Mohamed Atalla et Dawon Kahng en 1959. Il s’agissait du premier transistor véritablement compact qui pouvait être miniaturisé et produit en masse pour un large éventail d’utilisations. Grâce à son évolutivité, à sa consommation d’énergie beaucoup plus faible et à sa densité plus élevée que les transistors à jonction bipolaire, le MOSFET est devenu le type de transistor le plus courant dans les ordinateurs, l’électronique et les technologies de communication telles que les smartphones. L’Office américain des brevets et des marques de commerce qualifie le MOSFET d' »invention révolutionnaire qui a transformé la vie et la culture dans le monde entier ».

Le procédé CMOS (complementary MOS) a été développé par Chih-Tang Sah et Frank Wanlass chez Fairchild Semiconductor en 1963. Le premier rapport d’un MOSFET à grille flottante a été fait par Dawon Kahng et Simon Sze en 1967. Le FinFET (transistor à effet de champ à ailettes), un type de MOSFET 3D à portes multiples, a été mis au point par Digh Hisamoto et son équipe de chercheurs du laboratoire central de recherche Hitachi en 1989.