Un circuit intégré (CI), aussi appelé une puce électronique, est un composants, reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques plus ou moins complexe, avec plusieurs types de composants électroniques dans un petit volume, pour rendre le circuit plus facile. Il existe une très grande variété de ces composants divisés en deux grandes catégories : analogique et numérique.
Le circuit intégré a été inventé en 1958, par l'américain Jack Kilby en oubiant les bases de l'informatiques moderne. Kilby venait d'arriver dans la compagnie Texas Instrument qu'il avait fait cette découverte alors que ces collègues été en vacances. Kilby avait tout simplement relié différents transitors entre eux en le câblant à la main.
En quelques mois,le prototype arrive à la production de masse de puces en silicium contenant plusieurs transitors. 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 fonction logique.
Le brevet est finalement accordé à Texas Instrument en 1964. Cette découverte a permis que Kilby gagne un prix Nobel de physique en 200, alors qu'il siégeait encore au directoire de Texas Instrument et détenait plus de 60 brevet à son nom.
Le circuit intégré (IC) est communément appelé puce, c’est-à-dire qu’il s’agit d’un petit appareil qui stocke des millions de condensateurs et de transistors . En général, ils servent à communiquer à un circuit avec un autre ou avec une application explicite
Les circuits intégrés sont généralement composés d'un boitier en plastique ou céramique rectangulaire et noir qui le protège. Les circuits intégrés dit "classiques" sont équipés de broches de connexion sur 2 côtés opposés. Ceci permet d'établir une connexion électrique avec l'extérieur du boitier.
Sur le boitier, il y a le logo du fabricant, une référence qui permet d'identifier le composant, un code correspondant à des variantes ou révisions, la date de fabrication (4 chiffres codés en AA/SS: année et semaine)
Le DIE est la partie élémentaire en forme de rectangle qui est reproduit à l'identique à l'aide d'une matrice sur une tranche de silicium, pendant la fabrication. Il correspond à un circuit intégré qui sera ensuite découpé et que l’on appellera une puce avant qu’elle ne soit encapsulée pour donner un circuit intégré complet, prêt à être monté sur une carte.
Un circuit intégré comprend sous forme miniaturisé principalement des transitors, des diodes, des résistences, des condensateurs et plus rarement des inductances car elles sont difficilement miniaturisables.
Le circuit peut être utilisé dans:
Les principales caractéristiques des circuits sont:
Les sorties des grilles précitées fournissent une quantité de courant restreinte , là où leur fonctionnement n’est pas correctement manœuvré, c’est pourquoi on dit qu’il est surchargé.
C’est la force nécessaire pour pouvoir manipuler la porte , qui est représentée en milliwatts et indique la puissance qu’elle doit avoir.
Il s’agit de la durée pendant laquelle la conversion de diffusion est reportée et d’un signal d’entrée et de sortie au moment où les signaux binaires changent de valeur.
C’est la tension sonore qui est ajoutée au signal d’entrée de la puce, qui n’entraîne pas de modification lorsqu’elle n’est pas nécessaire. Il est généralement exprimé en volts.
Les principaux types de circuits sont:
Ils sont constitués d’un monocristal de silicium
Il s’agit d’un circuit très similaire au circuit monolithique en ce sens qu’il comporte des pièces difficiles à réaliser.
Les circuits sont utilisés et divisés en puces analogiques où l'intensité des signaux est augmenté.
Il y a aussi des circuits numériques qui ressemblent à un cerveau analogique qui servent comme système nerveux.
Ces types de puces sont utilisés pour développer des systèmes plus complexe.
Ce modèle a aidé à fabriquer des ordinateurs personnels , étant qu’aujourd’hui ils contribuent au développement des téléphones portables, car il permet d’exécuter plusieurs fonctions essentielles.
Il existe des restrictions physiques et économiques pour leur amélioration qui sont des obstacles qui empêchent de les améliorés avec précision comme:
Ces dispositifs émettent de la force, au moment où chacun de ses éléments est réuni dans la bonne taille. De même, cette force peut augmenter au fur et à mesure que le substrat se réchauffe , provoquant la défaillance des dispositifs. Dans diverses circonstances, l dispose d’un système de rétroaction positive, de sorte que plus la température est élevée, plus de courant sera obtenu, ce qui est connu sous le nom d’ emballement thermique . Il faut aussi une protection thermique car si ce type d'emballement n'est pas limité, les appareils peuvent être détruits.
C’est pourquoi les circuits numériques permettent de résoudre des difficultés lorsqu’il y a une tension d’alimentation, car des technologies à faible consommation comme le CMOS sont utilisées.
Il s’agit essentiellement des connexions électriques existant dans les puces, dans les capsules et dans les circuits où elles sont installées, limitant ainsi leurs performances. L’utilisation de pilules minimes réduit leur capacité et leur auto-induction.
Parmi les éléments qui constituent certaines des limitations qui empêchent les puces de fonctionner correctement, on trouve:
Lors du développement de circuits intégrés, les di s'accumulent afin que plusieurs nombres de ces éléments qui ont une version final ne peuvent pas être exécutés correctement. Raison pour laquelle si un circuit mémoire est utilisé, des milliers de transistors sont mis en œuvre, car il en crée plus que nécessaire, de sorte que l’interconnexion peut être différente, rendant l’organisation spécifique difficile .
Si un circuit intégré n’a pas l’ élasticité adéquate, des problèmes sont causés dans le matériel du système, ce qui rend difficile la mise à jour des programmes à utiliser. Par exemple, si on veut faire une mise à jour, le système doit être completement développé car sinon on aura un mauvais équipement, c'est pourquoi il existe des rainures vides qui permet de résoudre ce problème.
Ainsi, les utilisatuers peuvent augmenter les fonctionnalités de leurs appareils, ainsi que leurs performances, sans acheter un nouveau système. C'est pourquoi que pour avoir une bonne puissance pour les mise à jour des appareil, il faut que les fonctionnalités soient limitées, ainsi il est nécessaire qu'un nouveau système soit crée à la fin de la mise à jour.
Il existe plusieurs technique qui sont utilisées dans les circuits intégrés comme:
La technologie (silicon on insulator - SOI) consiste à introduire une couche isolante électriqueme sous les transistors en profondeur du silicium. Cela réduit les pertes d'électrons dans le circuit, sources de consommation statique d'énergie. Le silicium " à coté " des transistors n'est plus fixé à un potentiel donné, ce qui introduit des performances intéressantes (augmentation de vitesse pour les portes CMOS complexes).
Dans certains cas, le substrat en silicium monocristallin est purement et simplement abandonné. L'avantage intrinsèque d'utiliser du silicium peut alors être compensé pour des applications spécialisées. C'est ainsi que le silicium sur saphir (substrat en saphir cristallin) est utilisé dans les applications où le circuit intégré sera exploité dans un environnement spatial ou soumis à d'intenses radiations qui rendraient les substrats de silicium inutilisables.
On réalise également des semi-conducteurs à base d'arséniure de gallium. Même si ce matériau a eu l'antériorité sur le silicium, il avait quasiment disparu de l'industrie. Aujourd'hui les avantages intrinsèques de ce matériau en termes de vitesse de commutation lui redonnent une nouvelle jeunesse dans le domaine des hautes fréquences et l'on voit réapparaître une fabrication industrielle sur la base de cette technologie.
L'industrie des circuits intégrés est une de celles qui évoluent le plus rapidement de l'histoire des technologies. Elle explore continuellement de nouvelles technologies. Parmi celles qui semblent avoir un avenir prometteur il faut compter : les substrats en diamant, dont on attend beaucoup en termes de refroidissement.
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