Étude des effets des neutrons atmosphériques sur les nouveaux systèmes de puissance embarqués en aéronautique

Effect of atmospheric neutrons on embedded aeronautic power electronic systems

• Auteur / Autrice : Sébastien Morand
• Direction : Patrick Austin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons

Systèmes embarqués (informatique)

Électronique de puissance

Mots clés libres

Environnement naturel radiatif

Single event burnout

Single event latch-up

Evènement singulier

Electronique de puissance

Temperature

Igbt

Carbure de silicium

Mosfet

Résumé

L'environnement radiatif naturel constitue une source de défaillances catastrophiques des composants de l'électronique de puissance. Le phénomène de défaillance radiative, lié à la présence de neutrons et protons dans l'atmosphère, est pris en compte dans les profils de missions aéronautique. Hors, de nouvelles technologies de puissance et de nouvelles applications nécessitent l'adaptation des outils et protocoles de caractérisation existants. De plus, les futures applications embarquées de l'électronique de puissance conduisent à des effets couplés entre les contraintes électriques, radiatives et thermiques et ce, sur des amplitudes plus importantes. De nouveaux protocoles de tests sont donc nécessaires pour évaluer la sensibilité des futures applications de puissances embarquées. Les améliorations proposées dans cette thèse permettront de mesurer plus justement la contribution de la sensibilité radiative parmi les autres causes de défaillance des systèmes de puissance électrique. Le développement de ces nouveaux protocoles s'appuie sur l'utilisation de l'outil laser, de faisceaux de particules ionisants et la modélisation par éléments finis des structures à semiconducteur. Leur mise en œuvre affinera la connaissance des taux de défaillance par effet radiatif des cœurs de puissance pour les applications et profils de missions des avions plus électrique.

The natural radiation environment is a source of catastrophic failures for power electronic components. The phenomenon of single event failure, related to the neutron and proton environment in atmosphere, is taken into account in aeronautics mission profile. New technologies are becoming available and new applications are being designed which needs to adapt our existing methodologies and tools. Expected new power electronic developments are taken benefit from high temperature capabilities of new power electronics which shall lead to coupled effect from temperature on radiation sensitivity. Multiple axis of improvement are described in this work. First of all, a detailed methodology to assess the radiation sensitivity is proposed with specific parameters related to power electronic applications. New test protocols are also proposed to study non-destructively power electronic components and to evaluate wide band gap power devices sensitivity. The development of these protocols is based mainly on the use of laser facilities, TCAD simulations tools and test campaign at particle accelerator facilities. The use of such methodology and protocols benefits to the assessment of the radiation failure rate which is described for aircraft mission profile.