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Le circuit intégré (CI) (ou la puce électronique) est un composant électronique reproduisant la ou les fonctions
d'un circuit
électronique plus ou moins complexe en intégrant souvent plusieurs types de composants dans un volume réduit et facile à
mettre en œuvre.
Il existe une très grande variété de ces composants divisés en deux grandes catégories : analogique et numérique.
| Sommaire |
Les circuits intégrés vendus se présentent généralement sous la forme de boîtiers pleins rectangulaires noirs. Ils sont équipés sur le ou les côtés de broches/pattes/pins qui permettent d'établir des connexions. Ces composants sont généralement soudés ou enfichés dans des supports pour démontage, sur un circuit imprimé. En général, une référence sur le dessus du boîtier indique le nom du constructeur et la référence permettant d'identifier le composant. Les progrès de l'intégration sont tels que les circuits intégrés deviennent très petits. Leur taille ne dépend guère plus que de la capacité du boitier à dissiper la chaleur produite et bien souvent de l'espace inter-broche et de la taille des broches de sortie du circuit.
Un circuit intégré comprend sous des formes miniaturisées principalement des transistors, des diodes, parfois même des résistances, des condensateurs et des inductances (bobines) mais plus rarement car elles prennent plus de place sur le silicium...
L'échelle d'intégration défini le nombre de portes par boîtier :
Ces distinctions ont peu à peu perdu leur utilité avec la croissance considérable du nombre de portes. Aujourd'hui plusieurs centaines de millions de transistors (plusieurs dizaines de millions de portes) représente un chiffre normal (pour un microprocesseur ou un circuit intégré graphique haut de gamme).
La fabrication d'un circuit intégré est un procédé complexe dont la tendance est à se compliquer de plus en plus.
Néanmoins, d'autres matériaux sont parfois employés, comme le germanium.
Ce procédé est actuellement le plus répandu.
Le nombre d'étapes de la fabrication des circuits intégrés a cru considérablement depuis 20 ans. Il peut atteindre plusieurs dizaines pour certaines productions spécialisées. Toutefois, on retrouve à peu près toujours la même série d'étapes :
Certaines techniques sont aussi utilisées pour des circuits intégrés de type un peu spécialisé.
La technologie (silicon on insulator - SOI) consiste à introduire une couche isolante électriquement sous les transitors 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 (l'arrangement des atomes de silicium sur le substrat est naturellement plus régulier) 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 :
L'utilisation des circuits intégrés est très variée. Toutefois, les électroniciens ont pris l'habitude de les séparer en deux familles principales en fonction de leurs caractéristiques.
Les composants les plus simples peuvent être de simples transistors encapsulés les uns à côté des autres sans liaison entre eux, jusqu'à des assemblages réunissant toutes les fonctions requises pour le fonctionnement de l'appareil dont il est le seul composant.
Les amplificateurs opérationnels sont des représentants plus complexes de cette famille où l'on retrouve aussi des composants réservés à l'électronique haute fréquence et de télécommunication.
Les circuits intégrés numériques les plus simples sont des portes logiques simples (et, ou, non), les plus compliqués sont les microprocesseurs et les plus denses sont les mémoires. On trouve de nombreux circuits imprimés dédiés à des applications spécifiques, notamment pour le traitement du signal (traitement d'image, compression vidéo...) on parle alors de DSP (pour Digital Signal Processor). Une famille importante de circuits intégrés est celle des composants de logique programmable (FPGA, CPLD). Ces composants sont amenés à remplacer les portes grâce à leur densité d'intégration.
