Évaluation des méthodes d'analyse de la fiabilité des matrices de phototransistors bipolaires en silicium pour des applications spatiales

Reliability investigations of bipolar silicon phototransistor arrays for space applications

• Auteur / Autrice : Piero Spezzigu
• Direction : Laurent Bechou, Yves Ousten, Massimo Vanzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 03/12/2010
• Etablissement(s) : Bordeaux 1 en cotutelle avec Università degli studi (Cagliari, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Yann Deval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gianandrea Quadri, Agata Jozwicka, Jean-Luc Polleux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fausto Fantini, Frédéric Saigné

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement spatial

Capteurs optiques

Fiabilité -- Méthodes statistiques

Mots clés libres

Fiabilité

Photodetecteurs

Environnement spatial

Methodes statisitiques

Reliability

Photodetectors

Space environment

Statistical methods

Résumé

[FR] Les travaux de thèse s'inscrivent dans le contexte d'une évaluation de la fiabilité de matrices de phototransistors bipolaires en technologie silicium pour des applications de codage optique angulaire en environnement spatial. Après un état de l'art relatif aux technologies des phototransistors et un rappel sur leur fonctionnement physique, les conditions environnementales spécifiques liées au domaine spatial sont décrites. La caractérisation des paramètres électro-optiques des phototransistors, associée à une phase préliminaire de métrologie, a été effectuée à partir de bancs dédiés. L'étude de la sensibilité aux charges mobiles de technologies issues de différents fondeurs, habituellement piégées aux interfaces et identifiée comme un mécanisme fortement pénalisant en terme de durée de vie opérationnelle, a permis d'optimiser et fiabiliser une nouvelle source européenne. Une méthodologie originale basée sur le concept des plans d'expérience « D-optimal » a été mise en œuvre et validée. L'objectif est d'estimer le taux de dégradation d'un ou de plusieurs paramètres clés du composant en fonction des conditions environnementales imposées par l'orbite de rotation du satellite à partir d'un nombre limité d'expériences réalisées au sol.

[EN] The research activities presented in this thesis are related to the specific contextof the qualification tests, for space missions, of new sources of silicon phototransistor arraysfor optical angular encoders. Our studies on a first source revealed the fragility of thattechnology in active storage and ionizing radiation because of its sensitivity to oxidestrapped charges. Then, a study on a second set of components was performed in order toanalyze the reliability of phototransistors subjected to several constraints in terms of bothionizing and displacement doses. The methodology of “Design of Experiments” was for thefirst time implemented and validated in this context. Thanks to this methodology, it ispossible to obtain an estimate of the degradation of one or more key parameters of thecomponent in environmental conditions for a given mission profile with a limited number ofexperiments.

[IT] Il lavoro di tesi s’inscrive nel contesto particolare della valutazione dell'affidabilità di matrici di fototransistor in tecnologia bipolare in silicio per applicazioni di codifica ottica angolare in ambiente spaziale. Dopo uno stato dell’arte riguardante le tecnologie di fototransistor, una breve descrizione dell’applicazione per cui i dispositivi studiati sono intesi, ed infine un richiamo sul loro funzionamento fisico, vengono descritte le condizioni ambientali specifiche legate al settore spaziale. La caratterizzazione dei parametri elettro-ottici dei fototransistor, associata ad una fase preliminare di metrologia, è stata effettuata a partire da banchi dedicati. Lo studio della sensibilità di diversi design di fototransistor agli effetti di cariche mobili intrappolate alle interfacce ossido-silicio, di solito identificata come un meccanismo fortemente penalizzante in termini di durata di vita operativa del dispositivo, ha permesso d'ottimizzare e accrescere l’affidabilità di fototransistor di un nuovo fabbricante europeo. Una metodologia originale basata sul concetto dei piani d'esperienza “D-optimal” è stata attuata e convalidata. L'obiettivo è di ottenere il tasso di degradazione di uno o più parametri chiave del dispositivo in funzione delle condizioni ambientali imposte dall'orbita in cui il satellite si troverà a operare, e a partire da un numero limitato d'esperienze realizzate a terra.