L’augmentation continue de l’intégration et des performances des composants électroniques dans les applications spatiales couplée au développement de satellites bas coût favorise le développement de moyens d’analyse de la sensibilité aux radiations complémentaires aux accélérateurs de particules. Une piste réside dans l’utilisation d’impulsions laser pour évaluer cette sensibilité à un coût moindre tout en disposant d’une forte résolution spatio-temporelle. Aussi, ce travail de thèse a porté sur le développement d’un banc à l’état de l’art basé sur une chaîne laser picoseconde et d’un modèle de calcul analytique permettant de maîtriser quantitativement les effets engendrés dans les composants.
Une première phase a été dédiée à l’étude des diodes de redressement silicium. La synthèse d’un grand volume de données de test en accélérateur permet de rendre compte du comportement des diodes sous faisceau d’ions lourds. Des effets similaires ont pu être déclenchés pour la première fois par des impulsions laser dans les diodes Schottky silicium. Le support de simulations numériques et la maîtrise des paramètres du banc laser a permis une analyse approfondie des événements destructifs générés.
La seconde partie de ce travail s’est intéressée à un ASIC en technologie CMOS développé en interne pour l’étude du phénomène de latchup (SEL). Une analyse des sections efficaces obtenues par laser, ions lourds et par simulation couplée constitue la première étape de l’étude. En tirant partie de la résolution spatiale du laser, une analyse de la distribution des courants de SEL est effectuée, appuyée par les moyens de simulation numérique et en corrélation avec les résultats de tests ions lourds. Le laser s’est avéré être un outil idéal pour l’étude du SEL, permettant à la fois de rendre compte de la sensibilité globale du composant avec une bonne représentativité et d’analyser la distribution des zones sensibles et des courants associés. L’ajustement fin de l’énergie par impulsion permet enfin de localiser finement les nœuds sensibles du circuit.
Ces études ont également montré l’importance des paramètres optiques, et notamment de la durée de l’impulsion et de la longueur d’onde sur le déclenchement d’événements en cohérence avec les tests en accélérateur d’ions lourds. |
The continuous increase of integration and performances of electronic components for space applications coupled with the development of low cost satellites lead to the development of new test methods to measure the radiation sensitivity in addition to particle accelerators. A possible way is the use of laser pulses to evaluate this sensitivity at a lower cost and with a high spatio-temporal resolution. This work was focused on the development of a state-of-the-art bench based on a picosecond laser system and an analytical simulation model to quantitatively evaluate the effects generated on the electronic components.
The first part was dedicated to the study of silicon power rectifier diodes. The synthesis of a large quantity of test data brought informations on the behaviour of such diodes under heavy ion irradiation. Similar effects were triggered for the first time using laser pulses in silicon Schottky diodes. A deep analysis was performed on destructive events, supported by simulations and by the control of the physical parameters.
The second part of this work was focused on a CMOS ASIC developed by TRAD and dedicated to the study of latchup (SEL) phenomenon. The analysis cross sections measured with laser, heavy ions and coupled simulations is the first step of this study. By taking advantage of laser spatial resolution, the analysis of SEL current spatial distribution is performed, supported by simulation and correlated with heavy ion tests. The laser was found to be an ideal tool to study SEL, both for global sensitivity analysis in correlation with heavy ion tests and to measure the distribution of sensitive areas associated with latchup currents. The precise adjustment of the energy per pulse leads to the accurate localization of the most sensitive nodes over the device.
These studies have also shown the importance of optical parameters such as pulse duration, wavelength and focusing on the initiation of single events in correlation with heavy ion tests.
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