Tenue aux radiations des composants Logiques et Interfaces

1. Tenue aux radiations des composants Logiques et Interfaces 1/ Rappel : Comportement des technologies CMOS et BiCMOS vis à vis des radiations 2/ Composants testés au CNES depuis 1999 dans le cadre du projet MICROSAT et de la R&T 3/ Les moyens et conditions de test 4/ Résultats des essais 5/ Conclusion des essais 6/ Rappels sur les difficultés des essais

2. 1/ Rappel : Comportement des technologies CMOS et BiCMOS vis à vis des radiations Rappel des phénomènes étudiés: • Dose cumulée: (électrons, protons) Dégradation progressive de certains paramètres pouvant aller jusqu'à la perte de fonctionnalité. • Effets singuliers:(ions lourds, protons)Le passage d'une particule provoque un événement destructif ou pas • Latch-up: Mise en conduction d'une structure thyristor parasite pouvant entraîner la destruction thermique du composant. • Upset: Basculement logique du contenu d'un point mémoire. Phénomène non destructif. • Transitoire: Modification très temporaire du niveau d ’un signal. Phénomène non destructif.

3. Sensibilité intrinsèque des technologies CMOS et BiCMOS : • Dose cumulée: Les deux technologies sont sensibles. Les paramètres sensibles à priori sont les courants ICC et ICCSB ainsi que les tensions de seuil qui en dérivant perturbent le fonctionnel. • Effets singuliers: • Latch-up: Seules les structures CMOS y sont sensibles (nécessité d ’avoir une structure PNPN pour avoir latch-up. Les parties Bipolaires des composants BICMOS n ’y sont pas sensibles. • Upset: Tous les composants qui contiennent des points mémoires y sont sensibles (latchs, registres, mémoire…) qu ’ils soient CMOS ou BiCMOS. • Transitoire: Tous les composants sont concernés mais un SET ne se propagera au niveau système que s ’il est mémorisé ou amplifié.

4. Méthodes de durcissement système : • Dose cumulée: Blindage global ou local, prise en compte des dérives paramétriques dans le design, redondance froide. • Latch-up: Système délatcheur. Plus ou moins complexe à mettre en oeuvre. • SEU: Redondance chaude, vote majoritaire,... • SET: Filtrage,Redondance matérielle ou temporelle. • Toutes ces méthodes sont déjà connues. Le recours à l'utilisation massive de composants non durcis devrait entraîner leur généralisation et déplacer l'assurance durcissement du composant vers le système.

5. 2/ Composants testés au CNES depuis 1999 dans le cadre du projet Microsat et de la R&T composants • Familles Logiques 5V :

6. Familles Logiques 3.3V :

7. Composants d ’Interfaces :

8. 3/ Les moyens et conditions de test • Essai en dose cumulée : • Moyens : Source Co60 de l ’ONERA/DESP • Conditions : • Débit de dose : entre 200 et 400 rad/h • Annealing : 24h, 20°C et 168h, 100°C • Essai sous ions lourds : • Moyens : Accélérateur de l ’IPN Orsay • Conditions : • Ions lourds Brome, Iode … avec des LET variant 13 à 80MeV/mg/cm²

9. 4/ Résultats des essais • Familles Logiques 5V :

10. Famille Logique 3.3V :

11. Résultats des essais TID Paramétrique sur les familles Logiques

12. Interfaces :

13. Résultats des essais TID Paramétrique sur composants d ’Interfaces

14. 5/ Conclusion des essais • Dose cumulée: • Familles logiques: tenue variable suivant fonction et/ou fabricant. • Circuits d ’interface: tenue très variable d ’un fabricant à l ’autre et d ’un type à l ’autre. • Latch-up: • Familles logiques: Insensibles ou très peu sensibles • Circuits d ’interface: Attention tenue très variable d ’un fabricant à l ’autre et d ’une révision à l ’autre. • SEU/SET: • Familles logiques: Peu ou pas sensible au SEU car peu de points mémoires. • Circuits d ’interface:Tous les produits testés se sont avérés sensibles aux transitoires.

15. 6/ Rappels sur les difficultés des essais • Dose cumulée: • Travail à faible débit de dose pour éviter des phénomènes liés à l ’accélération du dépôt de dose. • Test paramétrique le plus complet possible: nécessite testeurs performants. • Effets singuliers: • Ions lourds: Nécessité d ’ouvrir les composants difficile voire impossible dans certain cas. • Les accélérateurs d ’ions lourds et de protons ne sont pas sur Toulouse: Nécessité de se rendre sur les installations avec des testeurs portables . • Pour le latch-up le test peut être réalisé alors que le composant est polarisé en statique mais pour les SEU/SET, il est nécessaire d ’activer le composant alors qu ’il est sous faisceau: Système de test élaboré.

16. 6/ Rappels sur les difficultés des essais • Représentativité/pérennité: Quel que soit le type d ’essai, en plus du date code, la révision de puce et des informations technologiques sont très utiles. • Coût: • Faisceau ions lourds ou protons: compter 500 à 700 Euros de l ’heure. (un test varie de 2h à 8 heures suivant complexité et sensibilité du composant) • Accès à la source dose cumulée: de l ’ordre de 3000 Euros. • Développement d ’un test latch-up simple: de l ’ordre de quelques kEuros. • Développement d ’un test Latch-up et SEU ou SET: jusqu ’à 15kEuros suivant complexité. • Délai: • Compter 1 semaine pour l ’ouverture de composants • 2 à 6 semaines pour la mise au point d ’un essai en dose ou SEU/SET • L’accès au faisceau ions lourds ou protons se fait à des dates précises 3 à 4 fois par an. Le délai peut atteindre 4 mois (pas de faisceau l ’été car maintenance des accélérateurs ).