Étude et modélisation des mécanismes de transport et de collection de charges dédiées à la prédiction de SEE dans les technologies fortement intégrées

par Laurent Artola

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Guillaume Hubert.

Soutenue en 2011

à Toulouse, ISAE .


  • Résumé

    L'environnement radiatif naturel est connu pour être une source de disfonctionnement en microélectronique depuis de nombreuses années. Des particules telles que des neutrons, protons, ions lourds, ont été identifiées comme responsable d'erreurs de fonctionnement (SEE) dans des composants? Il est primordial pour les acteurs du domaine spatial et avionique de pouvoir évaluer ce risque. C'est dans ce contexte qu'une nouvelle méthodologie de prédiction est proposée afin d'estimer le taux opérationnel d'erreurs vis-àvis du risque SEE dans des composants toujours plus intégrés embarqués en vol. Des travaux TCAD ont permis d'identifier les mécanismes physiques de transport / collection et de déterminer les paramètres technologiques critiques qui influent sur le comportement des transistors MOS. Ces travaux démontrent qu'il est indispensable de modéliser dynamiquement le coefficient de diffusion ambipolaire et la vitesse de collection. C'est sur la base de ces travaux que le modèle ADDICT (Advanced Dynamic Diffusion Collection Transient) a été proposé. Une partie significative des travaux s'est focalisée sur la validation de ce modèle de courant transitoire par des comparaisons avec des données expérimentales et de simulations TCAD. Afin d'étudier les SEU / MBU, un nouveau critère de basculement a été proposé, le couplage de ce critère ADDICT constituant une nouvelle méthode de prédiction. Cette méthode a été confrontée avec des sections efficaces expérimentales issues de la littérature ou bien de campagnes de test (mémoires SRAM de 0. 25 µm à 65 nm). Enfin, le modèle ADDICT a été évalué dans le cadre d'expériences embarquées en ballon de mémoires SRAM 90 nm commercial Cypress. Cette phase a permis de démontrer la pertinence d'ADDICT dans le cas opérationnel.

  • Titre traduit

    Study and modeling of transport and charges collection mechanisms dedicated to SEE prediction in advanced integrated technology


  • Résumé

    Natural radiative environment is known to induce functional errors in electronics. Particles, such as neutrons, protons or heavy ions are known to induce these errors in electronic devices so called SEE (Single Event Effects). It's critical for industrial and space agencies to evaluate this risk. In this context, a new methodology of prediction is proposed in order to stimate the operational error rate for integrated devices boarded in space or avionic flights. Preliminary TCAD simulations lead to identify the physical mechanisms of transport and charges collection and lead to determine the critical technological parameters which impact the behaviour of the MOS transistor. These works emphasize the necessity to take into account the dynamic modeling of ambipolar diffusion velocity. Based on these works, the ADDICT model (Advanced Dynamic Diffusion Collection Transient) has been proposed. The main part of this work is focus on the validation of the transient current model by comparisons with experimental results ans TCAD simulations. In order to study the SEU and MBU events, a new upset criterion used with ADDICT leads to propose a new prediction methodology. This methodology has been compared with experimental cross sections issued from literature and tests campaign (for various SRAM memories from 0. 25 µm to 65 nm). Finally the ADDICT model has been evaluated for operational experiments. Actually, commercial SRAM memories (90 nm Cypress) has been boarded on stratospheric balloons. This last work shows the relevant operational prediction proposed by ADDICT.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (177 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.161-173

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : ISAE-SUPAERO Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace. Service documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011/25 ART
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