Analysis of single event radiation effects and fault mechanisms in SRAM, FRAM and NAND Flash : application to the MTCube nanosatellite project

par Viyas Gupta

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Luigi Dilillo et de Frédéric Wrobel.

Soutenue le 06-07-2017

à Montpellier , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Analyse des effets singuliers et des mécanismes de fautes dans des mémoires SRAM, FRAM et NAND Flash : application au projet de nanosatellite MTCube


  • Résumé

    L’environnement radiatif spatial est un environnement sévère qui agit sur tout composants électroniques embarqués sur des engins spatiaux, y compris sous le bouclier naturel que nous procure le champ magnétique terrestre en orbite basse. Bien qu’il soit possible, en particulier à ces orbites, de se protéger efficacement contre les particules créant de la dose totale ionisante, cela pose plus de difficultés pour les particules générant des effets singuliers. Cela est d’autant plus un problème que l’utilisation des composants commerciaux (dits « COTS »), non conçus pour de telles applications, sont de plus en plus utilisés. Dans le cadre de cette thèse, les effets singuliers sur trois types de mémoires sont étudiés: SRAM, FRAM et NAND Flash. En se basant sur l’analyse des résultats de tests, les mécanismes d’erreurs induits par des particules générant des effets singuliers sont analysés. Avec pour objectif d’étudier et comparer la sensibilité de ces mémoires directement en orbite, l’expérience RES (Radiation Effect Study) a été développée et est présentée dans ce manuscrit. Cette expérience scientifique constituera la charge utile du nanosatellite de type CubeSat nommé MTCube (Memory Test CubeSat) developpé à l’Université de Montpellier en collaboration entre le Centre Spatial Universitaire Montpellier-Nîmes, et les laboratoires LIRMM et IES. Ce nanosatellite est financé par l’ESA (Agence Spatial Européenne).


  • Résumé

    Space radiation is a harsh environment affecting all electronic devices used on spacecraft, despite the presence of Earth’s protective magnetic field in Low Earth Orbit (LEO). Although particles inducing total ionizing dose (TID) can be effectively shielded against in LEO, particles responsible for Single Event Effects (SEEs) remain an issue for the reliability of electronics. This is particularly of concern considering the increasing use of Commercial-Off-The-Shelf (COTS) components, not designed for space applications. In the frame of this thesis, the SEE response of three commercial memory types are explored: SRAM, FRAM and NAND Flash. Based on SEE test results, the possible fault mechanisms induced by SEE particles on those devices are analysed. In order to study and compare the devices’ response with actual in-orbit measurements, the RES (Radiation Effect Study) science experiment was developed and is presented. The RES experiment will be the payload of the MTCube (Memory Test CubeSat) nanosatellite, which is being developed at the University of Montpellier as a joint project between the University Space Center (CSU Montpellier-Nîmes), as well as the LIRMM and IES laboratories. MTCube is financed by the European Space Agency (ESA).


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