Quel semi-conducteur choisir ?

Les semi-conducteurs nous permettent d'accéder à la plupart des technologies dont nous avons besoin. Ils combinent les caractéristiques d'un conducteur et d'un isolant, ce qui permet de les utiliser dans une multitude d'applications électroniques. L'histoire des semi-conducteurs remonte au début du 19e siècle, mais ce n'est qu'au 20e siècle qu'ils ont vraiment commencé à évoluer pour devenir les types de composants si importants pour nous aujourd'hui.

Qu'est-ce que les semi-conducteurs ?

La plupart des semi-conducteurs sont créés à partir d'éléments naturels (le silicium, le germanium, etc.), qui sont mélangés à un agent dopant. Cela leur permet d'afficher des qualités spécifiques en termes de conductivité d'électricité et d'être ainsi affectés à de nombreuses applications.

La structure de la plupart des semi-conducteurs est cristalline. La structure des atomes qui les composent permet aux ingénieurs d'améliorer les propriétés conductrices et isolantes du semi-conducteur pour obtenir exactement les propriétés dont ils ont besoin. Au fil du temps, le développement de nouveaux semi-conducteurs est devenu l'un des secteurs les plus actifs dans le domaine scientifique. L'amélioration continue de la capacité à utiliser les semi-conducteurs dans diverses applications a rendu possible l'avènement des révolutions technologiques que le monde a connues ces dernières décennies. En outre, il est tout aussi important de noter le fait que la plupart de ces révolutions technologiques ont permis à tout un chacun d'acheter et d'utiliser ces produits devenus abordables. Tout a commencé par des appareils relativement simples, qui ont été constamment améliorés pour créer les machines complexes que nous utilisons aujourd'hui.

Les semi-conducteurs ont fait leur entrée dans le monde moderne lorsqu'ils ont été utilisés dans les transistors, supprimant largement le besoin de recourir aux tubes à vide. Au fil du temps, le nombre de transistors qu'il était possible de mettre en place sur un même circuit intégré a considérablement augmenté, ce qui a finalement abouti aux puissants processeurs 64 bits que nous connaissons aujourd'hui.

La quantité de transistors qu'il est possible de monter sur une puce augmente selon un théorème élaboré par Thomas Moore. La loi dite de Moore s'est révélée être précise depuis les années 1960, le nombre de transistors pouvant être montés sur une puce doublant tous les deux ans. Ces transistors et les puces sur lesquelles ils sont installés n'existeraient pas sans les semi-conducteurs, qui permettent de contrôler précisément le flux d'électricité.

Grâce aux semi-conducteurs, les ingénieurs utilisent très peu d'énergie électrique pour contrôler l'amplification et d'autres aspects liés à l'électricité. Cela permet de les utiliser comme une sorte de commutateur, fournissant le principe de base des transistors et de nombreux autres types de composants électriques, essentiels pour la révolution informatique et toutes les technologies inhérentes à celle-ci.

Il est plus facile de comprendre le fonctionnement des semi-conducteurs lorsqu'ils sont extraits des composants dans lesquels ils sont utilisés. Il en existe de nombreux types sur le marché et leurs applications sont très diverses.

Quels sont les types de semi-conducteurs existants ?

La liste ci-dessous répertorie certains des types de semi-conducteurs les plus courants et leurs applications.

Amplificateurs :
les semi-conducteurs sont utilisés dans un large éventail d'amplificateurs. Les amplificateurs optiques en constituent un exemple. Ils sont utilisés en physique et dans les applications de communication optique. Les amplificateurs optiques utilisant les semi-conducteurs sont capables d'amplifier la lumière sans la convertir préalablement en courant électrique.

Comparateurs :
les comparateurs sont fréquemment utilisés dans la conversion analogique-numérique et dans d'autres applications. Ces circuits sont capables de comparer deux courants ou deux tensions électriques et de commuter leur tension de sortie selon les valeurs des signaux appliqués.

Circuits de traitement audio :
les semi-conducteurs sont utilisés dans de nombreux types de circuits de traitement audio. Ils sont utilisés pour la conversion analogique-numérique, pour l'enregistrement et pour la reproduction du son.

Programmeurs de puce :
les programmeurs de puce sont utilisés principalement pour écrire dans les circuits de mémoires non volatiles. L’appareil est connecté aux broches du circuit dédiées à la programmation, via un support ou adaptateur. Dans la plupart des cas, ils sont interfacés avec un ordinateur.

Effaceurs UV :
comme le nom l’indique, ils permettent d’effacer le contenu des mémoires EPROM, ce qui permet de les reprogrammer en fonction des besoins. Ces appareils existent depuis longtemps et ne constituent pas une technologie de pointe.

Horloges :
il existe deux principales applications dans lesquelles les semi-conducteurs sont intégrés aux horloges. La première est leur utilisation dans les horloges suspendues au mur qui vous sont familières. La seconde concerne l'informatique. Les horloges informatiques permettent de coordonner toutes les tâches qu'un ordinateur doit exécuter. Les semi-conducteurs sont utilisés pour construire des horloges ultra-rapides qui coordonnent l'ensemble de ces actions complexes au cœur des ordinateurs modernes. Ils sont proposés dans différentes fréquences, en fonction des applications.

Circuits de commande de synchronisation :
les circuits de commande de synchronisation font partie intégrante des ordinateurs. Ces circuits coordonnent les différentes tâches permettant à l'ordinateur de fonctionner. Ils sont également utilisés à d'autres fins, comme la coordination des machines et d'autres tâches.

Circuits de contrôle de fréquence :
les circuits de contrôle de fréquence sont souvent installés dans des applications radio. Ils permettent à un récepteur de rester à l'écoute d'un émetteur de manière à réduire les erreurs qui peuvent se produire entre les deux. Ils sont également utilisés dans les téléviseurs, dans le même but. L'une de leurs fonctions essentielles consiste à contrôler un phénomène appelé décalage de fréquence.

Quartz :
la plupart des semi-conducteurs ont une structure cristalline. La grande majorité d'entre eux présentent une structure à treillis de diamant, qui leur confère leurs propriétés uniques. Les propriétés d'un semi-conducteur peuvent être modifiées par un processus appelé dopage, utilisé dans la plupart des applications à semi-conducteurs.

Oscillateurs :
les oscillateurs sont des circuits générant des formes d'ondes. Ils génèrent sans cesse une forme d'onde. Les oscillateurs peuvent générer une grande variété de formes d'ondes différentes, y compris des ondes sinusoïdales, en dent de scie, carrées, etc. Les oscillateurs sont utilisés dans tous les appareils électroniques courants, des ordinateurs aux radios, en passant par les instruments de musique. Dans les radios, ils fournissent le circuit permettant la sélection de fréquences.

Résonateurs :
les résonateurs comme les quartz produisent une oscillation lors qu’ils sont associés à d’autres composants. Contrairement à leurs homologues issus de source naturelle, le matériau en céramique dont ils sont constitués est manufacturé. Leur stabilité et leur précision sont plus faibles que le quartz, mais ils offrent un prix bien plus intéressant. Ils trouvent ainsi parfaitement leur place dans certaines applications low cost.

Convertisseurs de données :
les convertisseurs de données sont utilisés pour transformer une forme de données en une autre forme de données. Certaines de leurs applications les plus courantes que vous rencontrerez sont des convertisseurs de données analogiques/numériques et numériques/analogiques. Ils offrent de nombreuses possibilités, allant de la remasterisation de vieux albums (pour satisfaire aux normes numériques en matière de pureté sonore) à la conversion des signaux vocaux envoyés via un microphone en commandes sur des systèmes de reconnaissance vocale.

Semi-conducteurs discrets :
les semi-conducteurs discrets englobent une large variété de composants. Ils comprennent entre autres les transistors, les thyristors et les diodes. Ceux-ci constituent les composants de base d'un grand nombre de circuits complexes, tels que les nombreux transistors constituant un processeur d'ordinateur.

Drivers et contrôleurs d'affichage :
les ordinateurs et autres appareils nécessitant une interface visuelle ne seraient pas ce qu'ils sont sans drivers et contrôleurs d'afficheur. Ces deux circuits très similaires traduisent les informations provenant de votre ordinateur ou autres applications en éléments qui s'affichent sur votre écran. Les drivers sont associés aux afficheurs à LED et 7 segments, alors que les contrôleurs bien plus évolués managent l’affichage des écrans LCD et graphiques.

Circuits intégrés d'interface :
les circuits d'interface assurent la connectivité entre différents circuits. Ils permettent d’adapter des signaux de données à différents types de protocole de communication tels que l’USB, le CAN, l’Ethernet ou encore ADSL. Ils peuvent également adapter des niveaux de puissance pour établir une liaison entre un circuit de commande et un circuit de puissance.

Mémoires :
les mémoires n'existeraient pas sans les semi-conducteurs. Elles offrent divers types de mémoire, de la mémoire vive, qui permet aux ordinateurs de fonctionner à grande vitesse, à la mémoire morte, qui peut contenir des informations même lorsque l'ordinateur est hors tension. Les puces mémoires font partie des technologies de semi-conducteur les plus régulièrement améliorées du marché.

Circuits intégrés de gestion de l'alimentation :
les circuits intégrés de gestion de l'alimentation sont présents dans un vaste éventail de matériels. Ils sont très courants dans les appareils fonctionnant sur batterie, dans lesquels ils facilitent la gestion de l'alimentation utilisée par le système. Votre smartphone en est équipé par exemple. Ils sont également utilisés dans des applications de chargement de batterie et des applications de conversion.

Processeurs :
s'il est un domaine dans lequel les semi-conducteurs sont particulièrement essentiels, c'est bien celui des processeurs. Les processeurs permettent aux ordinateurs d'effectuer des calculs complexes qui, pour présenter les choses très simplement, leurs permettent de fonctionner. Le nombre de transistors installés sur une puce ayant augmenté, la puissance des processeurs a énormément progressé ces dernières décennies. S'appuyant sur une technologie de fabrication et une maîtrise des matériaux plus performante, les concepteurs et fabricants ont pu produire des processeurs de plus en plus puissants chaque année.

Microcontrôleurs :
les microcontrôleurs sont souvent utilisés dans des fonctions où des applications intégrées sont nécessaires au fonctionnement d'une machine. Pour l'essentiel, un grand nombre d'entre eux sont des ordinateurs miniatures qui tiennent dans d'une puce. Ils sont également utilisés sur des appareils médicaux, dans votre voiture et dans de nombreux autres produits indispensables dans le monde d'aujourd'hui.

Circuits logiques programmables :
les circuits logiques programmables sont utilisés dans les applications dans lesquelles un circuit numérique doit pouvoir être reconfiguré pour gérer différentes tâches. Ils diffèrent des simples portes logiques en ce sens que les fonctions de ces dernières sont fixes et ne peuvent être modifiées. Un circuit logique programmable peut être modifié à l'aide d'un matériel spécialisé, de manière à pouvoir effectuer une multitude de fonctions différentes.

Circuits RF :
les semi-conducteurs sont utilisés dans une grande variété d'applications différentes en rapport avec la radio- fréquence. Ils sont utilisés pour construire des syntoniseurs précis, pour assurer l'amplification, la conversion numérique/analogique, etc. Les semi-conducteurs entrent également dans la composition des radios à transistor, qui ont finalement rendu possible le transport d'une radio.

Circuits pour micro-ondes :
les semi-conducteurs sont utilisés dans les circuits pour micro-ondes. Ces circuits sont utilisés dans un grand nombre d'applications, telles que l'amplification sonore et l'amplification des signaux haute fréquence. Ils sont également utilisés dans des appareils tels que les téléphones cellulaires, rencontrés au quotidien, et des dispositifs tels que les lasers, naturellement plus rares.

Kits de développement pour semi-conducteur :
les kits de développement pour semi-conducteur sont utilisés par les ingénieurs pour créer des produits et analyser les produits existants. Ils contiennent généralement un certain nombre de matériels, pouvant comprendre par exemple des testeurs, des cartes d’évaluation de circuits, des simulateurs, des émulateurs, etc. Des programmateurs peuvent faire partie de ces kits, pour permettre aux ingénieurs de programmer les circuits tels que les microcontrôleurs et les mémoires. Ils offrent ainsi la possibilité observer et comprendre le fonctionnement d’un circuit, voire d’élaborer des prototypes sans réaliser un circuit imprimé./P>

Capteurs :
certains circuits intégrés fonctionnent comme des capteurs. Ces capteurs relèvent une grandeur mesurable et la convertissent en signal électronique. Ce signal peut alors être mesuré au moyen d'un circuit électronique, offrant aux ingénieurs la possibilité de quantifier une propriété physique. Par exemple, le voltmètre qui permet de mesurer des propriétés électriques, comme l'impédance, la tension et le courant.

Logique standard :
la logique standard désigne principalement la logique transistor-transistor (TTL). En ce qui les concerne, les semi-conducteurs permettent d'intégrer une grande variété de composants sur une seule puce, et ainsi de créer des dispositifs très complexes reposant sur la logique standard. Cela va des portes NAND et NOR les plus simples aux ordinateurs les plus élaborés au monde. Les avancées rendues possibles par la logique standard ont été en grande partie facilitées par la souplesse des semi-conducteurs et par les utilisations qui peuvent en être faites dans différentes applications.

Processeurs vidéos :
les processeurs vidéos permettent d'afficher à l'écran des informations issues de votre ordinateur. Ces circuits ont été considérablement améliorés au cours de ces dernières années, donnant lieu à de très puissants dispositifs graphiques 3D couramment utilisés aujourd'hui. Non seulement les semi-conducteurs ont permis de concevoir ces circuits, mais le faible coût de fabrication des semi-conducteurs a également permis à tout un chacun d'équiper son ordinateur de périphériques vidéo extrêmement élaborés. Tout commence par des processeurs vidéos extrayant des informations de l'ordinateur et les traduisant sous une forme visuelle.