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Prise en compte des effets des radiations sur les CAN: Sensibilité et mise en oeuvre des tests. F. BEZERRA DTS/AQ/EQE/ER 28/05/02 CNES CCT CAN.

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1 Prise en compte des effets des radiations sur les CAN: Sensibilité et mise en oeuvre des tests. F. BEZERRA DTS/AQ/EQE/ER 28/05/02 CNES CCT CAN

2 Effets pris en compte Dose cumulée –Avec effet du faible débit de dose. Effets singuliers : –Latch-up (SEL) –Upset (SEU) –Transitoire (SET)

3 La dose cumulée (1/5): définition Effet cumulatif dû aux électrons et protons qui entraîne une dégradation progressive des paramètres du composant pouvant atteindre la perte de fonctionnalité. Affecte les performances en fin de mission et la durée de vie du composant.

4 La dose cumulée (2/5): Spécifications dessai MIL , ESA/SCC Conditions de test proposées dans ces deux normes: –Débit de dose > 360rad/h –Annealing (recuit) 24h à 25°C et 168h à 100°C. Lannealing est utilisé pour compenser leffet de laccélération du débit de dose par rapport au débit réel rencontré dans lespace (~ 0.01 à 0.1 rad/h) et permet de concilier durée et représentativité de lessai.

5 La dose cumulée (3/5): Spécifications dessai suite Problème: Ces deux normes ont été établies dans les années 80/90 à partir de travaux sur les composants CMOS. On sait aujourdhui quelles ne sont pas applicables aux composants BIPOLAIRES. Une étude du CNES et le CEM-Université de Montpellier devrait permettre détablir à moyen terme une méthode de test en dose applicable aux composants bipolaires mais à ce jour, aucune méthode nest formalisée.

6 Dose cumulée (4/5): Comment tester? CMOS –Source Co60 –MIL ou ESA/SCC –ddd<360rad/h peut aussi être utilisé. BIPOLAIRE/BiCMOS –Source Co60 –Pas de norme. –ddd<360 rad/h (plutôt rad/h) –pas de recuit. Penser à étudier limpact de la polarisation (ON/OFF) – Mise OFF: ä Souvent très favorable dans le cas du CMOS ä Parfois défavorable pour le bipolaire

7 Latch-Up (1/4): principe NPN Passage dun ion P Le passage d un ion entraîne la mise en conduction dune structure thyristor parasite. Nécessite la présence dune structure PNPN. Sans désamorçage, le latch-up entraîne la destruction du composant par effet thermique. photocourant mise en conduction

8 Latch-Up (2/4): Composants sensibles Plus le circuit CMOS est intégré, plus la charge critique est faible Risque de latch-up CMOS Bipolaire complémenté Bipolaire non complémenté Faible intégration Charge critique élevée Risque de latch-up quasi-nul Intérêt: temps de commutation faibles NPN seulement car PNP pas assez rapide Pas de latch-up possible N N P P P PN N N N NNPP Ion incident äAvec les technologies actuelles, il ny a pas de risque de latch-up sur le Bipolaire. Seul le CMOS est sensible. P

9 A ce jour, il ny a pas de norme. Latch-Up (3/4): Comment tester? Le test latch-up peut être réalisé séparément (statique) ou bien couplé à un test SEU ou SET (dynamique). Fonctions dun test latch-up: –Polarisation –Détection (courant/tension), –Comptage –Protection (coupure dalimentation) => Test non destructif.

10 Caractérisation dun composant: Latch-Up (4/4): Comment tester? –test sous ions lourds. ä Courbe de section efficace (cm²) fonction du LET (MeV/(mg/cm²)) –calcul du taux dévénement par jour pour une orbite donnée grâce à des outils spécifiques tels que SPACERAD. –Cas particulier: Si LET seuil Si lorbite comporte un risque protons, il faudra tester la sensibilité aux protons ou lestimer à partir des données ions lourds puis calculer le taux dévénement protons à cumuler à celui des ions lourds.

11 UPSET (1/2): Principe Le passage dun ion fait commuter le transistor dun point mémoire et change le contenu de celui ci. Tous les composants qui contiennent des points mémoires sont sensibles à priori quils soient CMOS ou Bipolaires.

12 UPSET (2/2): Comment tester? Fonctions dun test SEU: –Activation du composant avec des vecteurs de test permettant une couverture maximum et le test des deux valeurs possibles: 0 et 1 –Détection des erreurs –Comptage Caractérisation dun composant: –test sous ions lourds (idem SEL) –si LET seuil <15MeV/(mg/cm²) test aux protons.

13 Transitoire (1/2): Principe Le passage dun ion entraîne la perturbation transitoire dun signal analogique. Tous les composants sont sensibles à priori quils soient CMOS ou Bipolaires, numériques ou analogiques. Sur un composant numérique séquentiel, un transitoire sil est mémorisé aura la même conséquence quun SEU. On ne fait pas danalyse SET sur les composants numériques séquentiels. Seuls les composants analogiques ou numériques purement combinatoires sont concernés.

14 Transitoire (2/2): Comment tester? Fonctions dun test SET: –Activation du composant avec des vecteurs de test permettant une couverture maximum et le test des différents niveaux possibles. –Détection et mémorisation des erreurs –Comptage Caractérisation dun composant: –test sous ions lourds (idem SEL) –si LET seuil <15MeV/(mg/cm²) test aux protons.

15 En résumé un CAN est potentiellement sensible: A la dose cumulée (consommation, précision, vitesse, variation de Vref). Au SEL sil est en technologie CMOS ou BiCMOS. Aux SEU sur la chaine numérique. Aux transitoires sur Vref. UAvec la complexité croissante des CAN, on observe désormais des SEU ou SET qui ont pour conséquence des pertes de fonctionnalité ou des reconfigurations. ä Nécessité de réaliser des essais

16 Problèmes rencontrés lors des essais Test en dose: –test à fréquence élevée (précision de mesure, bruit) Test sous ions lourds: –Ouverture des composants –Vitesse dexécution à distance et en ambiance bruitée (gamelle de test sous vide avec pompes) –Choix de la méthode de test pour le SEU et le SET Golden chip (témoin hors faisceau) Virtual golden chip (enregistrement hors faisceau) Comparaison états successifs (ex: rampe de tension)


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