Sujet :

Evaluation de la tenue des circuits intégrés aux effets de dose ionisante en environnement spatial

Contexte :

Les systèmes électroniques impliqués dans des applications spatiales sont soumis à des environnements radiatifs sévères, issus du rayonnement solaire et cosmique, et constitués d’une grande variété de particules ionisantes (protons et ions lourds notamment). Ces particules sont capables d’interagir avec les composants constituant les circuits embarqués satellitaires via des mécanismes physiques complexes, induisant des erreurs et dégradations des performances des circuits. Ces effets sont étudiés par les universitaires et industriels du secteur de la microélectronique depuis plusieurs décennies afin de permettre la conception et la fabrication de circuits intégrés durcis vis-à-vis de ces environnements. Ces dernières années, la simulation multi-échelles des effets radiatifs est de plus en plus utilisée pour supporter la conception des circuits intégrés durcis, en complément des tests expérimentaux. L’aspect multi-échelles implique que l’on soit capable d’aborder l’ensemble des échelles de description via différents codes de calcul et de les faire communiquer entre elles : échelle matériau (code Monte-Carlo pour simuler l’interaction particule-matière), échelle transistor (simulations TCAD, modèles compacts), échelle circuit (simulation de circuits de type SPICE). Pour l’échelle transistor, les modèles compacts sont essentiels car leur formalisme permet d’inclure des descriptions physiques fines de l’effet des radiations à l’échelle du transistor dans le simulateur SPICE, et donc de reproduire le comportement électrique du transistor sous radiation.

Objectif de la thèse :

Le principal objectif de la thèse est de développer une chaîne de simulation multi-échelles de l’effet de dose ionisante, qui concerne largement les environnements spatiaux. Il s’agit d’une dégradation permanente des oxydes impliqués dans les technologies microélectroniques, induisant une dérive dans le temps des caractéristiques électriques des transistors et donc des performances du circuit qu’ils constituent. Cette chaîne de simulation, qui devra être validée expérimentalement, aura pour vocation d’assister les concepteurs de circuits durcis afin de les orienter vers les bonnes solutions de durcissement.

Déroulement de la thèse :

Dans un premier temps, le(a) candidat(e) devra effectuer un travail bibliographique concernant les effets des radiations sur les composants électroniques, en particulier sur les effets de dose ionisante, d’un point de vue simulation/modélisation et expérimental. Le(a) candidat(e) devra ensuite améliorer la compréhension et la modélisation de la dégradation des oxydes sous irradiation, ainsi que la réponse résultante à l’échelle du transistor sur une base de modèles standards (L-UTSOI, PSP, …), développés au CEA LETI. Ces travaux seront validés par des tests radiatifs expérimentaux à l’aide de moyens internes au CEA DAM Ile de France. L’attention sera ensuite portée à la mise en place à proprement parlé de la chaîne de simulation afin de simuler la réponse à la dose ionisante de circuits élémentaires (matrices RAM, bascules, portes logiques) et de dégager des solutions de durcissement optimales. Là aussi, des expérimentations sur des structures de test permettront de valider la pertinence de la chaîne de simulation.
Les travaux de thèse se dérouleront au CEA DAM Ile-de-France (Arpajon), et incluront une collaboration avec le CEA LETI pour la partie modèle compact.

Directeur de thèse et école doctorale :

BOURNEL Arnaud
Arnaud.bournel@u-psud.fr
Ecole doctorale non définie à ce jour
Université Paris Sud

Encadrants :

ROSTAND Neil
CEA DAM Ile-de-France Bruyères-le-Châtel 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. neil.rostand@cea.fr

MARTINIE Sébastien
CEA/LETI
17 avenue des Martyrs
38054 Grenoble 04.38.78.44.00.
sebastien.martinie@cea.fr