Le dopage et ses limites
Pour augmenter les capacités des transistors, on essaie d’augmenter
la vitesse de commutation de l’état passant à l’état bloqué.
On tente aussi de réduire verticalement et horizontalement la taille
des dispositifs.
Pour autant, il ne faut pas réduire la quantité de charges ni dans la
source, ni dans le drain ni dans le canal sous peine de voir la résistance
du système croître.
On crée donc des charges dans la source dans le drain et le canal en
ajoutant des atomes « dopants » à la matrice de silicium.
Le principe du dopage est relativement simple :
Dans le silicium, chaque atome est lié à 4 de ses voisins par des relations
de covalence.
Lorsqu’on ajoute un atome dopant comme le phosphore ou l’arsenic qui
ont 5 électrons de valence, c’est à dire 5 électrons susceptibles d’être
mis en commun, il reste un électron libre ce qui augmente la concentration
de porteurs de charges (on parle de semi-conducteurs de type N, pour
négatif)
Si en revanche l’atome dopant n’a que 3 électrons de valence comme le
bore ou le gallium, il doit accepter un électron supplémentaire pour
remplacer un atome de silicium. La capture locale de cet électron supplémentaire
crée une charge libre positive appelée « trou ».
Les concentrations d’atomes dopants ont été plus
que centuplées au cours de ces 20 dernières années.
Le problème se situe dans l’augmentation de la concentration en atomes
dopants.
Au dessus d’une certaine concentration appelée « solubilité solide »
des phénomènes électrochimiques surviennent. Les atomes dopants
se mettent a réagir les uns avec les autres.Lors de cette réaction les
atomes dopants ne fournissent plus de charges.
Les technologies actuelles sont malheureusement a la limite de la solubilité
solide des dopants que l’on utilise. Malgré les nombreux tests pour
trouver d’autres types d’atomes dopants, aucun élément ne permet pour
le moment d’augmenter les concentrations de charge.
L’augmentation des concentrations en atomes dopants entraîne, avec
les technologies actuelles, une perte de la charge totale, une augmentation
de la résistance et une diminution des performances potentielles des
transistors.
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