FGMOS – MOSFET à grille flottante : principe et fonctionnement

FGMOS – MOSFET à grille flottante : principe et fonctionnement

Aujourd’hui, nous allons explorer en détail le FGMOS, un type particulier de MOSFET caractérisé par une grille flottante, qui joue un rôle essentiel dans certains circuits analogiques et mémoires non volatiles.

Qu’est-ce qu’un FGMOS ?

Le terme FGMOS signifie Floating Gate Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, soit MOSFET à grille flottante. Contrairement au MOSFET classique dont la grille est connectée électriquement à une source de tension, la grille flottante est isolée électriquement par une couche d’oxyde. Cette isolation permet de stocker une charge électrique sur la grille, modifiant ainsi le comportement du transistor de manière persistante.

Structure et composition

Le FGMOS se compose de plusieurs couches :

• Un substrat semi-conducteur (généralement du silicium).
• Deux zones dopées formant la source et le drain.
• Une couche d’oxyde isolante très fine entourant la grille flottante.
• La grille flottante elle-même, située entre la grille de commande externe et le canal du transistor.
• Une grille de contrôle externe, parfois appelée grille de commande, placée au-dessus de la grille flottante.

Fonctionnement du FGMOS

Le principe de base repose sur la capacité de la grille flottante à retenir des charges électriques, influençant le seuil de conduction du transistor :

1. Initialement, la grille flottante est neutre ou chargée par injection de charges (électrons ou trous) par effet tunnel ou hot-carrier injection.
2. Cette charge modifie la tension de seuil du transistor, rendant sa conduction différente d’un MOSFET classique.
3. Lorsque la charge est stockée, le transistor peut conserver son état même sans alimentation, d’où l’utilisation dans les mémoires non volatiles.

Ce mécanisme permet d’utiliser le FGMOS dans des applications où l’état doit être mémorisé de façon stable, comme les mémoires flash ou certaines architectures analogiques reconfigurables.

Applications principales

• Mémoires non volatiles : Les mémoires Flash utilisent le FGMOS pour stocker les bits en chargeant ou déchargeant la grille flottante.
• Circuits analogiques : Le FGMOS est employé pour réaliser des amplificateurs et filtres ajustables, grâce à la possibilité de modifier la tension de seuil en programmant la charge sur la grille.
• Capteurs et dispositifs programmables : La capacité de modifier électroniquement les propriétés du transistor permet des réglages précis sans composants externes supplémentaires.

Caractéristiques électriques importantes

Exemple succinct d’utilisation dans une mémoire flash

Dans une cellule mémoire flash, un FGMOS est programmé en injectant une charge sur la grille flottante par une tension élevée appliquée à la grille de contrôle. Cette charge modifie la tension de seuil, représentant un bit « 0 » ou « 1 ». Lors de la lecture, la tension appliquée permet de détecter si le transistor conduit ou non, révélant l’état stocké.

Le FGMOS illustre parfaitement comment la modification locale des propriétés d’un transistor peut ouvrir la voie à des technologies avancées, notamment dans la miniaturisation et la durabilité des mémoires électroniques.

Pour approfondir, je vous invite à découvrir notre article sur les technologies de mémoire non volatile, qui détaille comment ces transistors sont intégrés dans des architectures complexes.