Monte-Carlo simulation and contribution to understanding of Single-Event-Upset (SEU) mechanisms in CMOS technologies down to 20nm technological node

par Slawosz Uznanski

Thèse de doctorat en Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Jean-Luc Autran.

Le président du jury était Pascal Fouillat.

Le jury était composé de Jean-Luc Autran, Pascal Fouillat, Frédéric Saigné, Ronald D. Schrimpf, Kenneth A. Label, Gilles Gasiot.

Les rapporteurs étaient Frédéric Saigné, Ronald D. Schrimpf.


  • Résumé

    L’augmentation de la densité et la réduction de la tension d’alimentation des circuits intégrés rend la contribution des effets singuliers induits par les radiations majoritaire dans la diminution de la fiabilité des composants électroniques aussi bien dans l’environnement radiatif spatial que terrestre. Cette étude porte sur la modélisation des mécanismes physiques qui conduisent à ces aléas logiques (en anglais "Soft Errors"). Ces modèles sont utilisés dans une plateforme de simulation,appelée TIARA (Tool suIte for rAdiation Reliability Assessment), qui a été développée dans le cadre de cette thèse. Cet outil est capable de prédire la sensibilité de nombreuses architectures de circuits (SRAM,Flip-Flop, etc.) dans différents environnements radiatifs et sous différentes conditions de test (alimentation, altitude, etc.) Cette plateforme a été amplement validée grâce à la comparaison avec des mesures expérimentales effectuées sur différents circuits de test fabriqués par STMicroelectronics. La plateforme TIARA a ensuite été utilisée pour la conception de circuits durcis aux radiations et a permis de participer à la compréhension des mécanismes des aléas logiques jusqu’au noeud technologique 20nm.


  • Résumé

    Aggressive integrated circuit density increase and power supply scaling have propelled Single Event Effects to the forefront of reliability concerns in ground-based and space-bound electronic systems. This study focuses on modeling of Single Event physical phenomena. To enable performing reliability assessment, a complete simulation platform named Tool suIte for rAdiation Reliability Assessment (TIARA) has been developed that allows performing sensitivity prediction of different digital circuits (SRAM, Flip-Flops, etc.) in different radiation environments and at different operating conditions (power supply voltage,altitude, etc.) TIARA has been extensively validated with experimental data for space and terrestrial radiation environments using different test vehicles manufactured by STMicroelectronics. Finally, the platform has been used during rad-hard digital circuits design and to provide insights into radiation-induced upset mechanisms down to CMOS 20nm technological node.


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