2E103 : Fondements en microélectronique
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2E103 : Fondements en microélectronique
Intitulé de l'Unité d’Enseignement Fondements en microélectronique Code de l’UE Descriptif de l’unité Volumes horaires globaux (CM + TD + TP+ projet, autre…) Nombre de crédits Année de Licence 28h CM, 12h TD, 4h EI, 16h TP 6 ECTS L2-S3 1. Objectifs de l'Unité d'Enseignement La demande croissante en circuits intégrés est liée à des besoins sociétaux, environnementaux et économiques forts, comme la santé et la sécurité des populations. Cette UE propose une initiation à l’étude des composants de la microélectronique, depuis les aspects matériaux jusqu’au développement des circuits intégrés. L’enseignement sera traité d'un point de vue ingénieur, en liaison étroite avec les enjeux socio-économiques. Dans une première partie, le cours insiste sur le rôle clé joué par les matériaux mis en jeu dans les composants de la microélectronique. Le cours présente quelques propriétés macroscopiques des matériaux et initie à la sélection de ceuxci vis-à-vis des performances des dispositifs visés. Dans une seconde partie, le cours présente les problématiques de la microélectronique, depuis les procédés de fabrication des composants jusqu'aux modèles électriques utilisés en simulation. Les étudiants se familiariseront avec les technologies de production des composants modernes et appréhenderont le point de vue industriel de la microélectronique. Les étudiants s’exerceront au travail en équipe lors des études d’ingénierie et des travaux pratique, qui leur permettront de développer un esprit d’analyse, de critique et d’initiative. 2. Contenu de l’Unité d’Enseignement Introduction à la microélectronique. Historique, (r)évolutions, critères économiques, sociétaux, environnementaux. Évolution des technologies : loi de Moore. Marché des semi-conducteurs Partie n°1. Matériaux pour l’ingénieur en électronique A. Quels matériaux ? Déconstruction d'un circuit intégré (CI). Classification des matériaux. Propriétés couplées B. Les métaux : Notions de conductions électrique et thermique. Études d’ingénierie : Budget thermique dans les CIs. Interconnexions / contacts dans les CIs C. Les semi-conducteurs : Notions de dopage, de conduction électrique. Notions d'absorption / émission de photons. Études d’ingénierie : Photo-détecteurs, LEDs D. Les diélectriques : Notions de polarisation, piézo-électricité et pyroélectricité. Introduction aux MEMS Partie n°2. Micro-fabrication : introduction aux technologies des circuits intégrés A. Procédés de fabrication : Fabrication par lots (wafer, avantages de la fabrication de masse...). Photolithographie. Procédés élémentaires (épitaxie, diffusion, oxydation, métallisation, gravure...). Visite de salles blanches B. Structure physique des composants : Jonctions PN, transistors MOS. Eléments passifs (R, C, L). Avantages/inconvénients d'une réalisation monolithique sur substrat de silicium. Dispersion des caractéristiques d'un composant C. Modélisation des composants : Paramètres technologiques, scaling D. Développement d'un circuit intégré complexe : Problématique, fiabilité, méthodologie, test... Perspectives : l’électronique du futur. More Moore, More than Moore. Des bio-MEMS aux bio-NEMS. Électronique moléculaire 3. Pré-requis Mathématiques : intégrales, différentielles, dérivées logarithmiques. Physique : atomes, lois de Newton, loi de Coulomb, loi d’Ohm… Électronique : UE L1AE01 4. Références bibliographiques R. Waser, Nano-electronics and Information Technology, 3rd Edition, J. Wiley & Sons (2012) M. Madou, Fundamentals of Microfabrication & Nanotechnology, 3rd Edition, CRC Press (2011) Course title Microelectronics Basics Course description Hours (CM + TD + TP+ autre…) Credits Period 28h CM, 12h TD, 4h EI, 16h TP 6 L2-S3 1. Objective The growing demand for integrated circuits is related to strong societal, environmental and economic needs, such as health and safety of populations. This course provides an introduction to the study of microelectronics components, going from materials aspects to development of integrated circuits. The teaching will be treated with an engineer point-of-view, in close relation with socio-economic issues. In the first part, the course emphasizes the key role played by the materials used in the microelectronics components. The course presents some macroscopic properties of materials and investigates in a pragmatic way the criteria for materials selection wrt device design and performance considerations. In the second part, the course presents the issues of microelectronics, going from manufacturing processes to electrical models used in simulation. Students will become familiar with modern production technology components and apprehend the industrial viewpoint of microelectronics. Students will practice teamwork during case studies and lab work, which will enable them to develop analytical, critical and initiative spirit features. 2. Content Introduction to microelectronics: Historic perspective, (r)evolution, relevance, economic, environmental and societal issues. Evolution of technologies (Moore’s law). Semiconductor market Part n°1. Materials for Engineers in Electronics A. Which materials? Deconstruction of an integrated circuit (IC). Classification of materials. Coupled properties B. Metals: Basic concepts in electrical and thermal conduction. Case studies: thermal budget in ICs. Interconnects / contacts in ICs C. Semiconductors: Basic concepts in doping and electrical conduction. Basic concepts in absorption and emission of light. Case studies: Photo-detectors, LEDs D. Dielectrics: Basic concepts in electrical polarization, piezoelectricity and pyroelectricity. Introduction to MEMS Part n°2. Microfabrication: Introduction to Integrated Circuit Technologies A. Fabrication process: Batch process (wafer, advantages of mass production...). Photolithography. Elementary processes (epitaxy, diffusion, oxidation, metallization, etching..) B. Physical structure of components: PN junctions, MOS transistors. Passive components (R, C, L). Advantages / drawbacks of a monolithic process on silicon substrate. Dispersion of component characteristics C. Modelling: Technological parameters, scaling D. Development of a complex integrated circuit: Issues, reliability, methodology, test... Conclusion and Perspectives: Advanced electronics. More Moore, More than Moore. From MEMS to bio-MEMS and bioNEMS. Molecular electronics 3. Prerequisites Maths: integral / differential calculus, logarithmic derivatives Physics basics: atoms, Newton laws, Coulomb law, Ohm law... Electronics: L1AE01 4. References R. Waser, Nano-electronics and Information Technology, 3rd Edition, J. Wiley & Sons (2012) M. Madou, Fundamentals of Microfabrication & Nanotechnology, 3rd Edition, CRC Press (2011)