EP2753943A1 - Procédé de caractérisation de la sensibilité d'un composant électronique soumis à des conditions d'irradiation - Google Patents

Procédé de caractérisation de la sensibilité d'un composant électronique soumis à des conditions d'irradiation

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EP2753943A1
EP2753943A1 EP12755864.1A EP12755864A EP2753943A1 EP 2753943 A1 EP2753943 A1 EP 2753943A1 EP 12755864 A EP12755864 A EP 12755864A EP 2753943 A1 EP2753943 A1 EP 2753943A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensitivity
criterion
component
irradiation
source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12755864.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florent Miller
Cécile WEULERSSE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus SAS
Original Assignee
European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by European Aeronautic Defence and Space Company EADS France filed Critical European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Publication of EP2753943A1 publication Critical patent/EP2753943A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01R31/008—Testing of electric installations on transport means on air- or spacecraft, railway rolling stock or sea-going vessels

Definitions

  • the present invention belongs to the field of electronic quality control devices and methods. It relates in particular to a method of characterizing the sensitivity of a component or electronic equipment, subjected to ionizing radiation as present in the natural radiative environment.
  • the invention uses a source of ionizing radiation and a prediction tool.
  • Electronic components particularly complex components and power components are increasingly used in aggressive environments, and in particular in environments that subject them to various disturbances (cosmic, electromagnetic, etc.), especially when uses in aircraft or satellites.
  • various disturbances cosmic, electromagnetic, etc.
  • One of the aims of the invention is to determine the sensitivity of electronic components and systems with respect to ionizing radiation, in other words, the particles of the heavy ion, neutron and proton type or any other particles leading to the generation of direct or indirect interaction charges in electronic components.
  • the operation of the electronic components may be disturbed by the environment in which they operate, for example the natural or artificial radiative environment or the electromagnetic environment.
  • the disturbances are due to interactions between the material of the component and the ionizing particles.
  • One of the consequences of these disturbances is the creation of parasitic currents in the component.
  • the effects may be varied and may lead to a transient or permanent malfunction of the component and the application that uses it. These types of failures are grouped under the term of singular effects.
  • FIRE I LLE OF REM PLACEM ENT (RULE 26) encountered in space by satellites and launchers. At lower altitudes where the planes evolve, we note especially the presence of aggressions by neutrons or low energy protons. Neutrons are also responsible at ground level for malfunctions, for example in the electronics of portable devices, computer servers.
  • the particle accelerator test is the reference tool for characterizing the sensitivity of electronic components vis-à-vis the particles of the natural radiative environment.
  • this type of test is very expensive because exhaustive characterization requires a significant beam time.
  • the invention therefore relates to a method of selecting an electronic equipment comprising at least one electronic component, said electronic equipment being potentially subject to the irradiation conditions listed in a predetermined specification.
  • the method comprises a phase of characterizing a sensitivity parameter of the component at these irradiation conditions.
  • This phase comprises:
  • the irradiation step comprises sensitivity measurements of the component for a number of irradiation conditions that are less than all the conditions listed in the specifications,
  • the method further comprises an extrapolation step using a simulation code of the results measured at the other conditions of irradiation of the specifications.
  • the source of ionizing radiation makes it possible to characterize the sensitivity of the component for a reduced number of irradiation conditions (in particular energy of the incident particle).
  • the simulation code is then based on this characterization performed for a reduced number of irradiation conditions to calculate the sensitivity of the component in many more irradiation conditions.
  • the sources of ionizing radiation that can be envisaged for the invention are preferably inexpensive and compact.
  • the method uses a radioactive isotope-based source that continuously emits ionizing radiation, such as americium sources that generate alphas or californium sources that produce ions over an energy range between 0 and 15 MeV with an average energy of 2.4 MeV.
  • a radioactive isotope-based source that continuously emits ionizing radiation, such as americium sources that generate alphas or californium sources that produce ions over an energy range between 0 and 15 MeV with an average energy of 2.4 MeV.
  • the method uses a compact electrical generator that emits ionizing radiation temporarily (for example only when a voltage is applied to accelerate the projectile particles).
  • the method uses a source of mono-energetic neutrons generated by the fusion of two atoms.
  • it is a D + D reaction (using a fusion of two Deuterium atoms, producing 2.5 MeV neutrons) or, preferably, a D + T neutron source (fusion of a Deuterium atom with a Tritium atom, producing 14.1 MeV neutrons).
  • This type of source of ionizing radiation is relatively common, relatively inexpensive, and of reduced dimensions (typically a few tens of centimeters in length) and thus makes it possible to carry out sensitivity characterizations easily in a particular radiation range.
  • a neutron particle accelerator test includes measurements made for different energies between 1 MeV and 150 MeV, for example at 10 MeV, 30 MeV, 60 MeV, 100 MeV, 150 MeV.
  • neutrons are produced either in nuclear fission reactors or in particle accelerators where accelerated protons collide with a target material to create secondary neutrons. These neutrons have a spectrum where 50% of the neutrons created are mono-energetics and the remaining 50% have lower energies. These two methods of neutron generation require extremely complex installations which are therefore rare and very expensive to operate.
  • the present method for characterizing the sensitivity of the component to radiation couples an experimental characterization using a source of ionizing radiation with limited properties (especially in the energy field) with a code simulation.
  • simulation code used to calculate the sensitivity of a component in many irradiation conditions, it relies on a limited number of input parameters making it possible to calculate, for a radiative environment, the probability of occurrence of radiation effects (typically a predetermined type of failure). It can be either analytical methods (such as for example the BGR, SI MPA, PROFIT methods) or Monte Carlo type approaches. For the prediction of the sensitivity of a component to radiation, Monte Carlo approaches simulate a large number of incident particles and study the response of the component to each event individually. This type of approach makes it possible to build a statistic and to obtain an average response on the component.
  • analytical methods such as for example the BGR, SI MPA, PROFIT methods
  • Monte Carlo approaches simulate a large number of incident particles and study the response of the component to each event individually. This type of approach makes it possible to build a statistic and to obtain an average response on the component.
  • These input parameters are related to the component being studied and the type of singular effects. They include, in particular, in the case of a switchover of a logic cell: 1 / the notion of critical load, which is the charge deposition necessary to cause the radiative event of interest (for example a change in the logic state of an elementary cell of a component of the processor or memory type) or, in an equivalent manner, a maximum current criterion for a maximum time, as well as on the definition 21 of the dimension of the sensitivity zone (also called sensible volume) associated to an elementary cell of the component, 3 / of the distance to the closest neighboring elementary cells, and 4 / the logical organization of the memory, to know if 2 bits of the same word are physically adjacent or not.
  • critical load which is the charge deposition necessary to cause the radiative event of interest (for example a change in the logic state of an elementary cell of a component of the processor or memory type) or, in an equivalent manner, a maximum current criterion for a maximum time, as well as on the definition 21 of the dimension
  • singular events are varied: it can be the logical change of state of a cell or several cells of a component of processor or memory type (called SEU for single Upset Event or MCU for Multiple Cell Upset), an error that can modify the global operation of a component (called SEFI for Single Event Functional Interrupt), short circuit (Single Event Latchup), transient phenomenon (Single Event Transient), destructive mechanisms in a power component (called SEB for Single Event Burnout or SEL for Single Event Latchup) or any other singular effect related to the interaction of a particle of the radiative environment with an electronic component.
  • SEU single Upset Event or MCU for Multiple Cell Upset
  • SEFI Single Event Functional Interrupt
  • SEB Single Event Burnout
  • SEL Single Event Latchup
  • the input parameters of the simulation code, associated with a component or electronic equipment, can be obtained in various ways.
  • Typical values associated with a component of a known technological step (“technology node”) can be estimated using values listed in the technology roadmaps (usually referred to as “technology roadmaps", including ITRS “International Technology Roadmaps for Semiconductors ”)
  • Such technological roadmaps are for example provided by the manufacturers, with technical values associated with the release dates of the future products of their ranges.
  • parameters related to the topology of the components can also be determined by a technological analysis of the component, or during a laser mapping associated with the type of failure studied.
  • the laser can indeed be used to simulate the same types of errors as those triggered by the particles of the natural radiative environment. During laser mapping the position of the laser on the component is perfectly controlled, it is therefore possible to map the position of the sensitivity areas associated with the different types of errors.
  • laser mapping is associated with the type of failure that can be detected by the test system.
  • the method for producing such a laser map is known per se and is in itself subject to the scope of the invention. It is not detailed further here.
  • At least some of these input parameters of the simulation code are determined on the basis of experimental characterization points obtained in the step with the source of ionizing radiation with limited properties.
  • the step of determining certain input parameters of the simulation code includes an evaluation phase if a radiative event takes place following the passage of a particle as simulated by the prediction code, this phase proceeding through a valid approach of reaching the values thresholds relating to the criterion (s) used by the simulation code to model the radiative event of interest for the geometrical configuration relating to the zones of sensitivity associated with this criterion.
  • this approach can be based either on the determination of the charge deposited by the ion in the sensitive volume of the elementary cell and the comparison thereof to the critical load, which represents a tipping threshold value. , or on the determination of the shape of the current as a function of time generated by the passage of the ion in the sensitive volume of the elementary cell and the comparison thereof to the maximum current criterion for a maximum time (imax , timax), which represents the tipping threshold.
  • the step of determining certain input parameters of the simulation code includes an optimization phase to determine a most probable set of parameters making it possible to retrieve, using the simulation code, the measurement results obtained experimentally during the simulation. from the step of measuring the reaction of the component with radiation, using the source of ionizing radiation with limited properties.
  • the set of parameters on which the optimization phase is carried out comprises one or more threshold values relating to the criterion (s) used by the simulation code to model the event. radiative interest and the geometric information relating to the sensitivity zones associated with this criterion.
  • the set of parameters comprises the size of the sensitive volume, the positions of the sensitive volumes and the critical load or the pair of parameters (maximum current, maximum time).
  • the set of parameters comprises the critical load, defined as the charge deposition necessary for to cause a radiative event of interest or equivalent a maximum current criterion for a maximum time (imax, timax), as well as on the size of the sensitivity zone associated with this criterion and optionally, the distance to the nearest neighboring cells, and the logical organization of memory, to know if 2 bits of the same word are physically adjacent or not.
  • the simulation code is used to calculate the expected sensitivity for new configurations of irradiations meeting the specifications.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the various elements implemented in the method
  • FIG. 2 is a flowchart of the steps of an exemplary implementation of the method according to the invention.
  • FIG. 3 illustrates the general principle of a Monte-Carlo code for predicting the sensitivity of electronic components, used in the present example of implementation of the method
  • Figure 4 details symbolically the database of nuclear reactions used in a Monte Carlo simulation code
  • Figure 5 illustrates the principle of two failover criteria.
  • the method of selecting electronic components according to their sensitivity to ionizing radiation implements various elements illustrated in FIG.
  • radioactive source 100 of a type known per se, installed on a frame (not shown in the figure) intended to receive electronic equipment or a component 101, placed at a distance h from the source and according to a geometry predetermined.
  • the method also implements measuring means 102 of various signals of interest derived from component 101 when it is subjected to irradiation by the source 100.
  • These measurement and calculation means 102 are presented, in the present example in no way limiting implementation of the method, in the form of a PC type microcomputer, known per se, provided with user interfaces and conventional storage means.
  • a software for predicting component sensitivity to ionizing radiation is installed on this microcomputer.
  • the method as described herein, comprises a series of steps whose flowchart is illustrated in FIG.
  • an electronic component 101 to be analyzed is placed under the source of ionizing radiation 100, according to predetermined geometry conditions.
  • This source of ionizing radiation 100 is, in the present example, of the D + T type, that is to say operating according to a principle of fusion of a Deuterium atom with a Tritium atom, thus producing on command neutrons of an energy of 14.1 MeV.
  • This source of ionizing radiation 100 has radiation properties limited to one type of particles (neutrons) and a single energy: 14.1 Mev, but it is perfectly well known.
  • this source 100 is of D + D type, or alternatively a permanent radioactive source of americium type which generates alpha or californium-type particles which produces neutrons over an energy range between 0 and 15 MeV with average energy. 2.4 MeV.
  • the distance h between the source of ionizing radiation 100 and the electronic component 101 is precisely known, so as to accurately estimate the radiation flux received by the component.
  • the geometrical configuration of the irradiation is perfectly known
  • this component 101 is subjected to irradiation by the source of ionizing radiation 100. This results in a change in the state or operation of the component or parts.
  • a step 220 a series of component reaction measurements are carried out on these radiations.
  • Signals of interest of the component to be tested or the equipment are solicited or observed before and / or during and / or after the irradiation to allow evaluation, in the given irradiation configuration, its sensitivity vis-à-vis radiation.
  • signals of interest are, for example, in the case of memory components, the content of the logical information of each of the memory cells. If one or more cells have had their contents change from 1 to 0 or 0 to 1, this translates to a level of sensitivity of the component to the particles (which equates to a probability of occurrence of this type of error ).
  • SEB short circuit failure
  • signals of interest can for example be observed by a dedicated test card.
  • it may be the logical content of each of the memory cells of the component, the test card generating the signals (including addressing) that read the contents of each of the memory cells of the component.
  • signals including addressing
  • a set of input parameters of a previously chosen simulation code is determined, this set of input parameters making it possible, best to reproduce by calculation the results of the reaction measurements of the component with these radiations. , knowing that some of these parameters may possibly be provided by bibliographic knowledge and / or by other experimental means.
  • the step 230 of determining input parameters uses an analytical method or Monte Carlo analysis of the sensitivity prediction of the electronic component.
  • the remainder of the description presents the Monte Carlo analysis method (see FIG. 3), but the simpler analytical methods can also be used perfectly.
  • the Monte Carlo calculation tool has a database of nuclear interactions 301 characterizing reaction products obtained by collision of an incident particle and a target atom.
  • the calculation method used in the present example of implementation of the method, consists in producing a set of random draws 303 of nuclear reactions 302 associated with a draw of their location.
  • an analysis based on a simplified model of the physical mechanisms, makes it possible to decide on the occurrence of an error of operation of the component (for example a change of logical state of an elementary cell or the triggering of a destructive phenomenon in a power component or other) induced by secondary ions having certain characteristics.
  • Such a simulator makes it possible to calculate either the frequency of errors (SER) in a given radiative environment, or the effective cross section which is the measure of the sensitivity of a component as a function of energy or energy loss per unit of energy. length of the ionizing particle (step 309, FIG. 3).
  • SER frequency of errors
  • the Monte-Carlo prediction codes make it possible to take into account a large number of elementary cells, as well as the geometry of the component.
  • the simulation tool used in the present method makes it possible to manage three problems:
  • RED, GEANT4, or MCNP-deposited-tags (depending on the energy of the incident particle) or nuclear evaluation data such as ENDF or JENDL-deposited tags-may be used.
  • the nuclear interaction databases used cover neutrons and protons and consist, for each incident energy, of hundreds of thousands of non-elastic and elastic nuclear events with the details of the nuclear reactions, i.e. , the atomic number and the atomic mass of the secondary ions, their energies and their emission characteristics (emission angles).
  • the elastic-type reactions retain the nature of interacting particles and total kinetic energy.
  • the non-elastic reactions are varied, each reaction is characterized by an energy threshold of appearance. These reactions induce the generation of one or more secondary ions.
  • the simplified model of the physical mechanisms is obtained from the study of a large number of simulations by finite elements realized using dedicated simulation tools such as the commercial tools of the companies Synopsys or SILVACO - registered trademarks -. It is considered here that the simplified model of physical mechanisms has already been obtained for failures / errors of interest. These models currently exist in particular for SRAM memory elements and Power MOSFET and IGBTs power components.
  • the ion or ions generated by the nuclear reaction must deposit enough energy in the drains of the transistors in the off state.
  • a first method proceeds by a simplified approach (first order). It is based on the determination of the charge deposited by the ion in the sensitive volume of the elementary cell and the comparison thereof to the critical load, which represents the threshold value of tilting. This is the method underlying the simulation code used in the present method.
  • a second method is a more detailed study of the (second-order) phenomenon.
  • the collection of the carriers deposited by the passage of the ion is studied temporally (step 306 figure 3) in order to reconstruct the current.
  • the temporal evolution of the current makes it possible to determine whether a singular effect occurs or not.
  • a dynamic criterion is based on the maximum amplitude torque Imax of the current and the time at which this maximum current is set tlmax. Starting from the observation that all particle passages induce currents that have the same shape, that is to say a rapid growth (reflecting the drift mechanism) followed by a slow decrease (reflecting the diffusion mechanisms) each ion pass can be characterized by this pair. In the example of switching of bits in a memory, this criterion introduces a boundary curve separating the couples (Imax, tlmax) inducing failovers of those which do not induce them, characteristic of the sensitivity of an SRAM technology.
  • Figure 5 illustrates the principle of two failover criteria.
  • curves are provided by a calculation code describing the behavior of the energy deposition of the ions during their passage through the material (as the tool known under the trade name of SRI M - registered trademark of "Stopping and Range of Ions in Matter”).
  • the nuclear database 301 and the SRIM curves 304 are fixed regardless of the component and the type of error studied.
  • the input parameters (i.e., the characteristic digital data of the component) necessary for the sensitivity prediction of a component include, in this example, the critical load and information relating to the the topology 305 of the component that is to say the volume of the sensitive areas and the distance between sensitive areas. These parameters vary according to the component and the type of error studied.
  • an optimization method of a type known per se and therefore not detailed here, is applied to determine the most probable set of parameters (by example size of sensitive volume, positions of the sensitive volumes and critical load) making it possible to find with the help of the prediction code the results obtained experimentally.
  • the determination of the most probable set of parameters can also be facilitated, if at least one of the input parameters is determined by another method, such as for example a technological analysis 307 to determine the size of sensitivity areas.
  • This method uses a source of radiation with limited properties with a prediction code, thus makes it possible to dispense with expensive tests carried out in particle accelerator and to characterize the sensitivity of an electronic component over a wide range of energies using in a coupled manner a more accessible irradiation means and a prediction code.
  • the prediction code is then used to determine the parameter set
  • a step 240 the simulation code thus parameterized is used to extrapolate the sensitivity of the electronic component 101 in a series of irradiation conditions, both in terms of particles and energy or energy deposits per unit length.
  • a step 250 it verifies the compatibility of the electronic component 101 to a pre-established specifications.
  • This method using a source of ionizing radiation 100 with limited properties, combined with an extrapolation code, thus makes it possible to dispense with expensive tests carried out in particle accelerator and to characterize the sensitivity of a component over a wide range of applications. energies by using coupled more accessible irradiation means and prediction code.
  • the invention then allows, for example but without limitation, after characterization of the sensitivity of a component to irradiation conditions, when a dynamic application is executed on this component, to check if this component is compatible with the specifications of electronic equipment being designed, this equipment being subject to an environment and a previously known probability of failure. If, according to the characterization process, the component does not fulfill the specifications, the designers must modify the implementation of the electronic equipment.

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Abstract

L'invention vise un procédé de sélection d'un équipement électronique comprenant au moins un composant électronique (101), ledit équipement électronique étant potentiellement soumis à des conditions d'irradiation listées dans un cahier des charges prédéterminé, le procédé comportant une phase de caractérisation d'un paramètre de sensibilité du composant électronique (101) à ces conditions d'irradiation, cette phase comprenant : une étape 210 d'irradiation du composant électronique (101) par une source de rayonnements ionisants (100) aux caractéristiques et à la géométrie d'irradiation connues, une étape 220 de mesure d'un ensemble de valeurs de fonctionnement du composant électronique (101) lors de cette étape d'irradiation, ledit procédé étant caractérisé en ce que : l'étape d'irradiation comporte des mesures de sensibilité du composant électronique (101) pour un nombre de conditions d'irradiation inférieur à l'ensemble des conditions listées dans le cahier des charges, le procédé comporte en outre une étape 240 d'extrapolation des résultats mesurés aux autres conditions d'irradiation du cahier des charges.

Description

Procédé de caractérisation de la sensibilité d'un composant électronique soumis à des conditions d'irradiation
La présente invention appartient au domaine des dispositifs et procédés de contrôle qualité en électronique. Elle vise en particulier un procédé de caractérisation de la sensibilité d'un composant ou d'un équipement électronique, soumis à des rayonnements ionisants tels que présents dans l'environnement radiatif naturel. L'invention met en œuvre une source de rayonnements ionisants et un outil de prédiction.
Préambule et art antérieur
Les composants électroniques, notamment les composants complexes et les composants de puissance sont de plus en plus couramment utilisés dans des environnements agressifs, et en particulier dans des environnements qui les soumettent à diverses perturbations (rayonnements cosmique, électromagnétique etc.), notamment lors d'utilisations dans des aéronefs ou satellites. Pour des aspects de sûreté de fonctionnement, il est donc souhaitable de connaître leur sensibilité vis-à- vis de ces perturbations, cette sensibilité étant alors définie comme la probabilité d'occurrence d'une erreur simple, d'erreurs simultanées voir même de défaillances destructives. Ces erreurs peuvent provoquer le fonctionnement incorrect d'une application exécutée par le composant.
Un des buts de l'invention est de déterminer la sensibilité de composants et systèmes électroniques vis-à-vis d'un rayonnement ionisant, autrement dit, les particules de type ions lourds, neutrons et protons ou tout autres particules menant à la génération de charges par interaction directe ou indirecte dans les composants électroniques.
Le fonctionnement des composants électroniques peut être perturbé par l'environnement dans lequel ils évoluent, par exemple l'environnement radiatif naturel ou artificiel ou l'environnement électromagnétique. Dans le cas des environnements radiatifs (neutrons, protons, ions, flash X, rayons gamma, muons, ...), les perturbations sont dues à des interactions entre la matière du composant et les particules ionisantes. Une des conséquences de ces perturbations est la création de courants parasites dans le composant.
Selon l'endroit où ont lieu les interactions entre la matière du composant et les particules incidentes et selon les conditions de fonctionnement du composant, les effets peuvent être variés et peuvent conduire à un dysfonctionnement transitoire ou permanent du composant et de l'application qui l'utilise. Ces types de défaillances sont regroupés sous le terme d'effets singuliers.
De telles agressions par des ions lourds et des protons sont typiquement
FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26) rencontrées, dans l'espace, par les satellites et les lanceurs. A des altitudes moins élevées où évoluent les avions, on note surtout la présence d'agressions par des neutrons ou des protons de faibles énergies. Les neutrons sont également responsables au niveau du sol de dysfonctionnements, comme par exemple dans l'électronique des appareils portables, des serveurs informatiques.
Le test en accélérateur de particules constitue l'outil de référence pour caractériser la sensibilité des composants électroniques vis-à-vis des particules de l'environnement radiatif naturel. Cependant, ce type de test est très coûteux car une caractérisation exhaustive nécessite un temps de faisceau important.
Par ailleurs, la plupart de ces installations sont relativement peu disponibles car peu nombreuses et très sollicitées.
Exposé de l'invention
L'invention vise donc un procédé de sélection d'un équipement électronique comprenant au moins un composant électronique, ledit équipement électronique étant potentiellement soumis à des conditions d'irradiation listées dans un cahier des charges prédéterminé.
Le procédé comporte une phase de caractérisation d'un paramètre de sensibilité du composant à ces conditions d'irradiation.
Cette phase comporte :
- une étape d'irradiation du composant par une source de rayonnements ionisants aux caractéristiques et à la géométrie d'irradiation connues,
- une étape de mesure d'un ensemble de valeurs de fonctionnement (points de caractérisation expérimentaux) du composant électronique lors de cette étape d'irradiation,
Dans le présent exemple de mise en œuvre,
- l'étape d'irradiation comporte des mesures de sensibilité du composant pour un nombre de conditions d'irradiation inférieur à l'ensemble des conditions listées dans le cahier des charges,
- le procédé comporte en outre une étape d'extrapolation à l'aide d'un code de simulation des résultats mesurés aux autres conditions d'irradiation du cahier des charges.
On comprend que la source de rayonnements ionisants permet de caractériser la sensibilité du composant pour un nombre réduit de conditions d'irradiation (notamment d'énergie de la particule incidente). Le code de simulation s'appuie ensuite sur cette caractérisation effectuée pour un nombre réduit de conditions d'irradiations pour calculer la sensibilité du composant dans de bien plus nombreuses conditions d'irradiations.
On obtient donc ici une caractérisation de sensibilité d'un composant à moindre coût et avec un équipement d'une grande simplicité comparativement aux accélérateurs de particules.
Les sources de rayonnements ionisants envisageables pour l'invention sont préférentiellement peu onéreuses et compactes.
Dans un premier mode de réalisation, le procédé utilise une source à base d'isotope radioactif qui émet en permanence des rayonnements ionisants, comme les sources américium qui génèrent des alphas ou les sources californium qui produisent des ions sur une gamme d'énergie entre 0 et 15 MeV avec une énergie moyenne de 2.4 MeV.
Alternativement et de façon préférentielle, le procédé utilise un générateur électrique peu encombrant qui émet des rayonnements ionisants de manière temporaire (par exemple uniquement lorsqu'une tension est appliquée afin d'accélérer les particules projectiles).
Plus particulièrement, le procédé utilise une source de neutrons mono- énergétiques générés par la fusion de deux atomes.
Selon un mode de réalisation avantageux, il s'agit d'une réaction D+D (utilisant une fusion de deux atomes de Deutérium, produisant des neutrons de 2.5 MeV) ou, préférentiellement, une source de neutrons D+T (fusion d'un atome de Deutérium avec un atome de Tritium, produisant des neutrons de 14.1 MeV). Ce type de source de rayonnements ionisants est relativement commun, assez peu onéreux, et de dimensions réduites (typiquement quelques dizaines de centimètres de longueur) et permet donc d'effectuer des caractérisations de sensibilité de manière aisée dans une gamme de rayonnements particulières.
Le choix de sources D+T ou D+D est intéressant en ce que l'énergie des neutrons émis est parfaitement connue.
Le principe de fonctionnement de ces diverses sources de rayonnement est connu en soi et n'est donc pas décrit plus avant ici.
Néanmoins, la caractérisation de la sensibilité d'un composant aux rayonnements ionisants par une telle source n'est pas exhaustive, car ces types de sources émettent des particules dont les propriétés, notamment d'énergie, se situent dans un domaine très restreint. Dans l'exemple des tubes de neutrons D+T, seuls des neutrons d'une énergie de 14.1 MeV sont émis.
Or une caractérisation n'est exhaustive que si elle est réalisée pour un nombre suffisant de conditions d'énergie (typiquement entre 5 et 10) et sur un domaine d'énergie représentatif de l'environnement radiatif que verra le composant ou le système électronique. La liste des conditions d'énergie correspondant à un cahier de charges d'un composant dépend naturellement de l'application à laquelle est destiné ce composant.
De manière usuelle, un test en accélérateur de particules neutrons inclut des mesures réalisées pour différentes énergies entre 1 MeV et 150MeV comme par exemple à 10 MeV, 30 MeV, 60 MeV, 100 MeV, 150 MeV.
Dans le cas d'énergies supérieures à 15 MeV, les neutrons sont produits soit dans des réacteurs de fission nucléaire soit dans des accélérateurs de particules où des protons accélérés entrent en collision avec un matériau cible pour créer des neutrons secondaires. Ces neutrons ont un spectre où 50% des neutrons créés sont mono-énergétiques et les 50% restant ont des énergies plus faibles. Ces deux procédés de génération de neutrons requièrent des installations extrêmement complexes qui sont par conséquent rares et d'exploitation très coûteuse.
Dès lors, la réalisation de caractérisations exhaustives de sensibilité aux radiations de composants électroniques peut s'avérer très coûteuse et nécessite de planifier très en avance la campagne d'irradiation.
Pour gagner en flexibilité et réduire très fortement les coûts de cette caractérisation, le présent procédé de caractérisation de sensibilité du composant aux rayonnements couple une caractérisation expérimentale utilisant une source de rayonnements ionisants aux propriétés limitées (notamment sur le domaine d'énergie) avec un code de simulation.
L'intérêt supplémentaire de ce type de sources de rayonnements ionisants est que les caractéristiques ainsi que la configuration géométrique d'irradiation sont parfaitement connues (spectre énergétique, flux....) et donc facilement modélisable dans un outil de simulation.
En ce qui concerne le code de simulation utilisé pour effectuer le calcul de la sensibilité d'un composant dans de nombreuses conditions d'irradiations, il s'appuie sur un nombre limité de paramètres d'entrée permettant de calculer, pour un environnement radiatif, la probabilité d'occurrence des effets liés aux radiations (typiquement une défaillance de type prédéterminé). Il peut s'agir soit de méthodes analytiques (telles que par exemple les méthodes BGR, SI MPA, PROFIT) soit d'approches de type Monte-Carlo. Pour la prédiction de la sensibilité d'un composant vis-à-vis des radiations, les approches Monte-Carlo simulent un grand nombre de particules incidentes et étudient la réponse du composant à chaque événement de façon individuelle. Ce type d'approche permet de construire une statistique et d'obtenir une réponse moyenne sur le composant.
Ces paramètres d'entrée sont liés au composant étudié et au type d'effets singuliers. Ils comprennent notamment dans le cas d'un basculement d'une cellule logique : 1 / la notion de charge critique, qui est le dépôt de charges nécessaire pour provoquer l'événement radiatif d'intérêt (par exemple changement d"état logique d'une cellule élémentaire d'un composant de type processeur ou mémoire) ou, de manière équivalente, un critère de courant maximum pendant un temps maximum , ainsi que sur la définition 21 de la dimension de la zone de sensibilité (également dit volume sensible) associée à une cellule élémentaire du composant, 3/ de la distance aux plus proches cellules élémentaires voisines, et 4/ l'organisation logique de la mémoire, pour savoir si 2 bits d'un même mot sont physiquement adjacents ou non. Les événements radiatifs d'intérêt (appelés événements singuliers) sont variés : il peut s'agir du changement d'état logique d'une cellule ou de plusieurs cellules d'un composant de type processeur ou mémoire (appelé SEU pour single Event Upset ou MCU pour Multiple Cell Upset), d'erreur pouvant modifier le fonctionnement global d'un composant (appelé SEFI pour Single Event Functional Interrupt), de court circuit (Single Event Latchup), de phénomène transitoire (Single Event Transient) , de mécanismes destructifs dans un composant de puissance (appelés SEB pour Single Event Burnout ou SEL pour Single Event Latchup) ou tout autre effet singulier lié à l'interaction d'une particule de l'environnement radiatif avec un composant électronique.
Les paramètres d'entrée du code de simulation, associés à un composant ou équipement électronique, peuvent être obtenus de diverses façons. Des valeurs typiques associées à un composant d'une étape technologique connue ("nœud technologique") peuvent être estimées en utilisant des valeurs listées dans les feuilles de route technologiques (usuellement désignées sous le nom de "roadmaps technologiques", notamment ITRS "International Technology Roadmaps for Semiconductors"). De telles feuilles de route technologiques sont par exemple fournies par les fabricants, avec des valeurs techniques associées aux dates de sorties des futurs produits de leurs gammes.
Alternativement, des paramètres liés à la topologie des composants peuvent également être déterminés par une analyse technologique du composant, ou lors d'une cartographie laser associée au type de défaillance étudié. Le laser peut en effet être utilisé pour simuler les mêmes types d'erreurs que celles déclenchées par les particules de l'environnement radiatif naturel. Lors de cartographies laser la position du laser sur le composant est parfaitement maîtrisée, il est donc possible de cartographier la position des zones de sensibilités associées aux différents types d'erreurs.
Le pré-requis est qu'un système de test soit mis en œuvre pour détecter, de manière consécutive aux tirs laser, le déclenchement de ces erreurs. En ce sens la cartographie laser est associée au type de défaillance qui peut être détecté par le système de test. La méthode de réalisation d'une telle cartographie laser est connue en soi et sort en tant que telle du cadre de l'invention. Elle n'est donc pas détaillée plus avant ici.
Dans le présent exemple de mise en œuvre du procédé, au moins certains de ces paramètres d'entrée du code de simulation, sont déterminés sur la base de points de caractérisation expérimentaux obtenus dans l'étape avec la source de rayonnements ionisants aux propriétés limitées.
En comparant la caractérisation expérimentale de sensibilité du composant, obtenue grâce à cette source de rayonnements ionisants dont les propriétés sont limitées à certains types de rayonnements et certaines valeurs d'énergie, avec une prédiction obtenue grâce au code de simulation pour ces mêmes conditions, il est possible d'affiner les paramètres d'entrée du code de simulation pour parvenir à une prédiction plus précise de sensibilité du composant dans d'autres conditions d'irradiation.
Un avantage significatif, par rapport à la seule utilisation d'un code de simulation pour prédire la sensibilité du composant, est qu'ici ce code est affiné sur la base de tests expérimentaux réalisés sur le composant lui-même, donc en tenant compte et en extrapolant à partir de ses défauts spécifiques.
Selon un mode favorable de mise en œuvre, l'étape de détermination de certains paramètres d'entrée du code de simulation comporte une phase d'évaluation si un événement radiatif a lieu suite au passage d'un particule telle que simulée par le code de prédiction, cette phase procédant par une approche fondée de l'atteinte des valeurs seuils relatives au(x) critère(s) utilisé(s) par le code de simulation pour modéliser l'événement radiatif d'intérêt pour la configuration géométrique relative aux zones de sensibilité associées à ce critère.
Dans un cas particulier, cette approche peut être fondée soit sur la détermination de la charge déposée par l'ion dans le volume sensible de la cellule élémentaire et de la comparaison de celle-ci à la charge critique, qui représente une valeur seuil de basculement, soit sur la détermination de l'allure du courant en fonction du temps engendré par le passage de l'ion dans le volume sensible de la cellule élémentaire et de la comparaison de celle-ci au critère de courant maximum pendant un temps maximum (imax, timax), qui représente le seuil de basculement.
Avantageusement, l'étape de détermination de certains paramètres d'entrée du code de simulation comporte une phase d'optimisation pour déterminer un jeu de paramètres le plus probable permettant de retrouver à l'aide du code de simulation les résultats de mesure obtenus expérimentalement lors de l'étape de mesure de réaction du composant à des rayonnements, utilisant la source de rayonnements ionisants aux propriétés limitées.
Plus particulièrement dans ce cas, le jeu de paramètres sur lequel on procède à la phase d'optimisation comprend une valeur ou plusieurs valeurs seuils relatives au(x) critère(s) utilisé(s) par le code de simulation pour modéliser l'événement radiatif d'intérêt et les informations géométriques relatives aux zones de sensibilité associées à ce critère.
Dans un exemple de réalisation, le jeu de paramètres comprend la taille du volume sensible, les positions des volumes sensibles et la charge critique ou le couple de paramètres (courant maximum, temps maximum).
Avantageusement, pour les composants comportant des cellules mémoires pour lesquels l'événement radiatif d'intérêt est un changement d'état logique d'une cellule ou plusieurs cellules, le jeu de paramètres comprend la charge critique, définie comme le dépôt de charges nécessaire pour provoquer un événement radiatif d'intérêt ou de manière équivalent un critère de courant maximum pendant un temps maximum (imax, timax), ainsi que sur la taille de la zone de sensibilité associée à ce critère et de manière optionnelle, la distance aux plus proches cellules voisines, et l'organisation logique de la mémoire, pour savoir si 2 bits d'un même mot sont physiquement adjacents ou non.
Dans un mode de réalisation particulier, sur la base du jeu de paramètres déterminés, le code de simulation est utilisé pour calculer la sensibilité attendue pour de nouvelles configurations d'irradiations répondant au cahier des charges.
Présentation des figures
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui expose les caractéristiques de l'invention au travers d'un exemple non limitatif d'application.
La description s'appuie sur les figures annexées dans lesquelles :
La figure 1 est un schéma illustrant les différents éléments mis en œuvre dans le procédé,
La figure 2 est un organigramme des étapes d'un exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention,
La figure 3 illustre le principe général d'un code Monte-Carlo de prédiction de sensibilité des composants électronique, utilisé dans le présent exemple de mise en œuvre du procédé,
La figure 4 détaille symboliquement la base de données des réactions nucléaires utilisée dans un code de simulation Monte-Carlo,
La figure 5 illustre le principe des deux critères de basculement.
Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
On considère dans la suite de la description le cas particulier d'un composant de type mémoire électronique, comportant un ensemble de cellules élémentaires pouvant prendre plusieurs états logiques selon leur charge électronique. Cependant le procédé ici décrit s'applique plus généralement à tout type de composant ou équipement électronique.
Le procédé de sélection de composants électroniques selon leur sensibilité à des rayonnements ionisants met en œuvre divers éléments illustrés par la figure 1 .
Il utilise en premier lieu une source radioactive 100, de type connu en soi, installée sur un bâti (non représenté sur la figure) destiné à recevoir un équipement électronique ou un composant 101 , disposé à une distance h de la source et selon une géométrie prédéterminée.
Le procédé met également en œuvre des moyens de mesure 102 de divers signaux d'intérêt issus du composant 101 lorsque celui-ci est soumis à l'irradiation par la source 100. Ces moyens de mesure et de calcul 102 se présentent, dans le présent exemple nullement limitatif de mise en œuvre du procédé, sous la forme d'un microordinateur de type PC, connu en soi, doté d'interfaces utilisateur et de moyens de mémorisation classiques.
Un logiciel de prédiction de sensibilité de composant à des rayonnements ionisants est installé sur ce micro-ordinateur.
Le procédé, tel que décrit ici, comporte une série d'étapes dont l'organigramme est illustré figure 2.
Dans une première étape 200, on place un composant électronique 101 à analyser sous la source de rayonnements ionisants 100, selon des conditions de géométrie prédéterminées. Cette source de rayonnements ionisants 100 est, dans le présent exemple, de type D+T, c'est à dire fonctionnant selon un principe de fusion d'un atome de Deutérium avec un atome de Tritium, produisant ainsi sur commande des neutrons d'une énergie de 14.1 MeV. Cette source de rayonnements ionisants 100 présente des propriétés de rayonnement limitées à un type de particules (neutrons) et une seule énergie : 14.1 Mev, mais elle est par contre parfaitement connue.
En variante, cette source 100 est de type D+D, ou alternativement une source radioactive permanente de type américium qui génère des particules alphas ou de type californium qui produit des neutrons sur une gamme d'énergie entre 0 et 15 MeV avec une énergie moyenne de 2.4 MeV.
Dans la mise en œuvre décrite ici, la distance h entre la source de rayonnements ionisants 100 et le composant électronique 101 est connue de façon précise, de manière à estimer avec précision le flux de rayonnement reçu par le composant. La configuration géométrique de l'irradiation est parfaitement connue
(distance équipement ou composant à tester / source, angle solide si la source est isotrope, ...).
Il est donc possible de connaître précisément les caractéristiques et le flux des particules générées par la source de rayonnements qui arrivent sur le composant électronique 101 à tester.
Puis dans une étape 210, on soumet ce composant 101 à une irradiation par la source de rayonnements ionisants 100. Il en résulte une modification d'état ou de fonctionnement du composant ou de certaines parties. Dans une étape 220, on effectue une série de mesures de réaction du composant à ces rayonnements.
Des signaux d'intérêt du composant à tester ou de l'équipement sont sollicités ou observés avant et/ou pendant et/ou après l'irradiation pour permettre d'évaluer, dans la configuration d'irradiation donnée, sa sensibilité vis-à-vis des radiations.
Ces signaux d'intérêt sont par exemple, dans le cas de composants mémoires, le contenu de l'information logique de chacune des cellules mémoires. Si une ou plusieurs cellules ont vu leur contenu changer de 1 vers 0 ou 0 vers 1 , cela traduit un niveau de sensibilité du composant vis-à-vis des particules (ce qui équivaut à une probabilité d'occurrence de ce type d'erreur). Dans un composant de puissance de type powerMOS, il est possible d'observer l'évolution de la tension de drain si lors d'un impact, celle-ci passe à 0V, cela traduit une défaillance de type court circuit (appelé SEB) lié au passage et à l'interaction d une particule. Il s'agit de signaux logiques et / ou électriques.
Ces signaux d'intérêt peuvent par exemple être observés par une carte de test dédiée. Dans le cas des mémoires, il peut s'agir du contenu logique de chacune des cellules mémoires du composant, la carte de test générant les signaux (notamment d'adressage) qui permettent de lire le contenu de chacune des cellules mémoires du composant. De tels systèmes sont bien connus de l'homme de l'état de l'art.
Dans une étape suivant 230, on détermine un jeu de paramètres d'entrée d'un code de simulation préalablement choisi, ce jeu de paramètres d'entrée permettant le mieux de reproduire par le calcul les résultats des mesures de réaction du composant à ces rayonnements, tout en sachant qu'une partie de ces paramètres peut éventuellement être apporté par la connaissance bibliographique et/ou par d'autres moyens expérimentaux.
Dans le but d'évaluer la sensibilité du composant électronique 101 donné dans un environnement radiatif donné (environnement spatial, avionique, atmosphérique), l'étape 230 de détermination de paramètres d'entrée (ainsi que l'étape 240 d'extrapolation aux autres conditions de rayonnements ionisants) utilise une méthode analytique ou par analyse de Monte-Carlo de prédiction de sensibilité du composant électronique. La suite de la description présente la méthode par analyse de Monte Carlo (voir figure 3) mais les méthodes analytiques, plus simples peuvent également parfaitement être utilisées.
On rappelle ici qu'un tel outil de calcul Monte-Carlo repose sur le tirage 303 (au sens statistique) d'un grand nombre de simulations reproduisant les conditions de traces ionisantes possibles consécutives aux réactions nucléaires.
L'outil de calcul Monte-Carlo dispose d'une base de données d'interactions nucléaires 301 caractérisant des produits de réaction obtenus par collision d'une particule incidente et d'un atome cible.
La méthode de calcul, utilisée dans le présent exemple de mise en œuvre du procédé, consiste à réaliser un ensemble de tirages aléatoires 303 de réactions nucléaires 302 associés à un tirage de leur localisation.
Pour chacune de ces configurations (réaction nucléaire, localisation), une analyse, fondée sur un modèle simplifié des mécanismes physiques, permet de statuer sur l'occurrence d'une erreur de fonctionnement du composant (par exemple un changement d'état logique d'une cellule élémentaire ou le déclenchement d'un phénomène destructif dans un composant de puissance ou autres) induite par des ions secondaires ayant certaines caractéristiques.
Un tel simulateur permet de calculer, soit la fréquence des erreurs (SER) dans un environnement radiatif donné, soit la section efficace qui est la mesure de la sensibilité d'un composant en fonction de l'énergie ou perte d'énergie par unité de longueur de la particule ionisante (étape 309 figure 3).
Les codes de prédiction Monte-Carlo permettent de tenir compte d'un grand nombre de cellules élémentaires, ainsi que de la géométrie du composant.
Ils permettent ainsi donc de traiter le problème des effets multiples (dont les basculements multiples appelés MCU) qui apparaissent simultanément dans différentes cellules du composant.
Ces événements multiples sont considérés comme une problématique majeure à l'heure actuelle en raison de leur multiplication due à la réduction de la taille des transistors. De surcroît, il est beaucoup plus difficile de détecter et de corriger ces erreurs multiples au moyen d'un système de détection et de correction d'erreurs. En effet, une parité permet de détecter des événements simples, mais si deux événements simultanés apparaissent au sein d'un même mot, la parité ne les détecte pas. Pour détecter les événements multiples, il faut utiliser des codes de détection/correction d'erreurs plus lourds comme le code de Hamming (corrige une erreur / détecte deux erreurs) ou le code Reed Salomon.
L'outil de simulation utilisé dans le présent procédé permet de gérer trois problèmes :
1 - Gestion du tirage Monte-Carlo en fonction de l'environnement radiatif considéré (il s'agit d'un tirage Monte Carlo des produits de la réaction nucléaire neutron/silicium ou proton/silicium);
2 - Physique de l'interaction nucléaire avec la connaissance des caractéristiques des produits ionisants (grâce à une base de données d'interactions nucléaires) et de l'ionisation de la matière;
3 - Critère d'erreur : détermination de la dangerosité des ions secondaires pour le composant.
Pour étudier les effets singuliers (définis comme des dysfonctionnements transitoires ou permanents du composant dus aux interactions entre la matière du composant et les particules incidentes selon les conditions de fonctionnement du composant) induits dans les composants électroniques par les neutrons atmosphériques ou les protons des ceinture de radiations, il est nécessaire de connaître les produits ionisants (également appelés ions secondaires) que ces nucléons provoquent avec les atomes de la cible.
Compte tenu de l'étendue énergétique (de 1 MeV à 1 GeV) des différents types d'interaction, différents modèles sont utilisés pour la génération des bases de données nucléaires afin de décrire les différents mécanismes d'interaction selon leurs spécificités, c'est-à-dire les types de réactions et les énergies.
Des codes de calcul dédiés tels que ceux connus sous les noms de HETC, MC-
RED, GEANT4, ou MCNP -marques déposées- (selon l'énergie de la particule incidente) ou des données nucléaires d'évaluation comme ENDF ou JENDL -marques déposées- peuvent être utilisés.
L'utilisation de ces codes a permis d'obtenir des bases de données nucléaires figées qui ne sont pas recalculées à chaque fois que l'invention est utilisée. De fait, de nouvelles bases de données sont générées lorsqu'il est nécessaire de prendre en compte de nouveaux matériaux utilisés dans les semi conducteurs. Dans le cadre de l'invention on considère que les bases de données des matériaux d'intérêt (silicium, Si02, Tungstène, SiC, GaN, ...) ont déjà été générées.
Les bases de données d'interactions nucléaires utilisées couvrent les neutrons et les protons et se composent, pour chaque énergie incidente, de centaines de milliers d'événements nucléaires non élastiques et élastiques avec le détail des réactions nucléaires, c'est-à-dire, le numéro atomique et la masse atomique des ions secondaires, leurs énergies et leurs caractéristiques d'émission (angles d'émission).
Dans les réactions nucléaires, les réactions de type élastique conservent la nature des particules en interaction et l'énergie cinétique totale.
Les réactions non-élastiques sont variées, chaque réaction se caractérise par un seuil énergétique d'apparition. Ces réactions induisent la génération d'un ou de plusieurs ions secondaires.
Le modèle simplifié des mécanismes physiques est obtenu à partir de l'étude d'un grand nombre de simulations par éléments finis réalisées à l'aide d'outils de simulations dédiés tels que les outils commerciaux des sociétés Synopsys ou SILVACO -marques déposées-. On considère ici que le modèle simplifié des mécanismes physiques a déjà été obtenu pour les défaillances/erreurs d'intérêt. Ces modèles existent notamment actuellement pour les éléments mémoires SRAM et les composants de puissance de types Power MOSFET et IGBTs.
Ces simulations permettent de résoudre, pour une structure de composant donnée et préalablement maillée (c'est-à-dire modélisée en éléments finis), les équations de fonctionnement du semi-conducteur pour chaque point de maillage de la structure mais également, à chaque instant du domaine temporel étudié.
Ces simulations composants permettent d'étudier de façon très précise le comportement qu'un composant électronique aura vis-à-vis d'une interaction ionisante.
Ainsi, par exemple, il est notamment connu que dans le cas d'un basculement d'une cellule mémoire de type SRAM, sa sensibilité est caractérisée par le paramètre dit "paramètre de LET" (perte d'énergie par unité de longueur) critique ou de charge critique.
Pour qu'une erreur soit provoquée, il faut que l'ion ou les ions générés par la réaction nucléaire déposent suffisamment d'énergie dans les drains des transistors à l'état bloqué.
Des simulations composants ont montré que les conditions favorables à la création d'une erreur sont que sa trace passe au voisinage d'une des zones sensibles, ou bien la traverse, afin d'y induire un courant parasite ou une collection de charges suffisants pour créer un basculement. Des modèles simples (notamment analytiques) de diffusion / collection basés sur la diffusion ambipolaire des porteurs et la collection des charges sur les drains bloqués permettent de décrire le déplacement des porteurs.
Différentes méthodes peuvent être utilisées pour évaluer si le un effet singulier (basculement de l'état logique de la cellule, déclenchement d'un mécanisme destructif, déclenchement d'un court circuit, ...) suite au passage d'un ion a eu lieu ou non (critère de défaillance 308 figure 3).
Une première méthode procède par une approche simplifiée (du premier ordre). Elle est fondée sur la détermination de la charge déposée par l'ion dans le volume sensible de la cellule élémentaire et de la comparaison de celle-ci à la charge critique, qui représente la valeur seuil de basculement. C'est la méthode à la base du code de simulation utilisé dans le présent procédé.
Une seconde méthode est une étude plus fine du phénomène (de second ordre). La collection des porteurs déposés par le passage de l'ion est étudiée temporellement (étape 306 figure 3) afin de reconstruire le courant. L'évolution temporelle du courant permet de déterminer si un effet singulier se produit ou non.
Par exemple, un critère dynamique repose sur le couple amplitude maximale Imax du courant et le temps auquel ce courant maximal s'établit tlmax. Partant de l'observation que tous les passages de particules induisent des courants qui ont la même forme, c'est-à-dire une croissance prompte (traduisant le mécanisme de dérive) suivie d'une lente décroissance (traduisant les mécanismes de diffusion), chaque passage d'ion peut être caractérisé par ce couple. Dans l'exemple des basculements de bits dans une mémoire, ce critère introduit une courbe frontière séparant les couples (Imax, tlmax) induisant des basculements de ceux qui n'en induisent pas, caractéristique de la sensibilité d'une technologie SRAM. Pour mesurer le défaut de fonctionnement du composant, on mesure ainsi une évolution temporelle d'un courant résultant de l'excitation dont une caractéristique dynamique dépasse un seuil induisant un basculement d'un état électrique du composant (SEU, de Single Event Upset). Cette méthode est utilisée dans le code de simulation décrit ici à titre d'exemple nullement limitatif.
La figure 5 illustre le principe des deux critères de basculement.
En plus de la base de données nucléaire 301 décrite ci-dessus, des courbes sont fournies par un code de calcul décrivant le comportement du dépôt énergétique des ions lors de leurs passages dans le matériau (comme l'outil connu sous le nom commercial de SRI M - marque déposée- de " Stopping and Range of Ions in Matter"). La base de données nucléaires 301 et les courbes SRIM 304 sont fixes quel que soit le composant et le type d'erreur étudié.
Les paramètres d'entrée (c'est-à-dire des données numériques caractéristiques du composant) nécessaires à la prédiction de sensibilité d'un composant comportent, dans le présent exemple, la charge critique et des informations relatives à la topologie 305 du composant c'est-à-dire le volume des zones sensibles et la distance entre zones sensibles. Ces paramètres varient suivant le composant et le type d'erreur étudié. A l'aide des points de caractérisation expérimentaux réalisés avec la source de rayonnements ionisants aux propriétés limitées, une méthode d'optimisation, de type connu en soi et donc non détaillé ici, est appliquée pour déterminer le jeu de paramètres le plus probable (par exemple taille de volume sensible, positions des volumes sensibles et charge critique) permettant de retrouver à l'aide du code de prédiction les résultats obtenus expérimentalement.
Ce travail est facilité car les propriétés de la source de rayonnements ionisants ainsi que la configuration géométrique de l'irradiation sont parfaitement connus.
La détermination du jeu de paramètres le plus probable peut être également facilitée, si au moins un des paramètres d'entrée est déterminé par une autre méthode, comme par exemple une analyse technologique 307 pour déterminer la taille de zones de sensibilité.
Ce procédé, utilisant une source de rayonnements aux propriétés limitées avec un code de prédiction, permet donc de s'affranchir des tests coûteux effectués en accélérateur de particules et de caractériser la sensibilité d'un composant électronique sur une large gamme d'énergies en utilisant de manière couplée un moyen d'irradiation plus accessible et un code de prédiction. Le code de prédiction est ensuite utilisé pour déterminer le jeu de paramètres
(notamment de charge critique et / ou de critère reposant sur le couple amplitude maximale du courant et le temps auquel ce courant maximal (Imax, tlmax), de taille du volume sensible, et de distance aux volumes sensibles voisins) le plus probable pour obtenir, pour la configuration d'irradiation donnée, le résultat le plus proche de la caractérisation expérimentale telle que mesurée lors de l'étape 220.
Dans une étape 240, on utilise le code de simulation ainsi paramétré pour extrapoler la sensibilité du composant électronique 101 dans une série de conditions d'irradiation, tant en termes de particules que d'énergies ou dépôts d'énergie par unité de longueur. Dans une étape 250, on vérifie la compatibilité du composant électronique 101 à un cahier des charges préétabli.
Avantages de l'invention
Ce procédé, utilisant une source de rayonnements ionisants 100 aux propriétés limitées, associée à un code d'extrapolation, permet donc de s'affranchir des tests coûteux effectués en accélérateur de particules et de caractériser la sensibilité d'un composant sur une large gamme d'énergies en utilisant de manière couplée un moyen d'irradiation plus accessible et un code de prédiction.
L'invention permet alors, par exemple mais de façon non limitative, après caractérisation de la sensibilité d'un composant à des conditions d'irradiation, lorsqu'une application dynamique est exécutée sur ce composant, de vérifier si ce composant est compatible avec le cahier des charges d'un équipement électronique en cours de conception, cet équipement devant être soumis à un environnement et à une probabilité de défaillance préalablement connu. Si, selon le procédé de caractérisation, le composant ne permet pas de remplir le cahier des charges, les concepteurs doivent modifier l'implémentation de l'équipement électronique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de sélection d'un équipement électronique comprenant au moins un composant électronique (101 ), ledit équipement électronique étant potentiellement soumis à des conditions d'irradiation listées dans un cahier des charges prédéterminé, le procédé comportant une phase de caractérisation d'un paramètre de sensibilité du composant électronique (101 ) à ces conditions d'irradiation,
cette phase comprenant :
- une étape 210 d'irradiation du composant électronique (101 ) par une source de rayonnements ionisants (100) aux caractéristiques et à la géométrie d'irradiation connues,
- une étape 220 de mesure d'un ensemble de valeurs de fonctionnement
(points de caractérisation expérimentaux) du composant électronique (101 ) lors de cette étape d'irradiation,
ledit procédé étant caractérisé en ce que :
- l'étape d'irradiation comporte des mesures de sensibilité du composant électronique (101 ) pour un nombre de conditions d'irradiation inférieur à l'ensemble des conditions listées dans le cahier des charges,
- le procédé comporte en outre une étape 240 d'extrapolation des résultats mesurés aux autres conditions d'irradiation du cahier des charges.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il utilise une source
(100) à base d'isotope radioactif qui émet en permanence des rayonnements ionisants.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il utilise comme source un générateur électrique qui émet des rayonnements ionisants de manière temporaire, ce générateur étant une source (100) de neutrons mono-énergétiques générés par la fusion de deux atomes.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le générateur est une source de neutrons de type D+T (fusion d'un atome de deutérium avec un atome de tritium), produisant des neutrons mono énergétiques.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le générateur est une source de neutrons de type D+D (fusion de deux atomes de Deutérium), produisant des neutrons mono énergétiques.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape 240 d'extrapolation utilise un code de simulation s'appuyant sur un nombre limité de paramètres d'entrée liés à l'équipement électronique 101 , pour calculer, pour un environnement radiatif, la probabilité d'occurrence d'une défaillance de type prédéterminé liée aux radiations.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les paramètres d'entrée liés à l'équipement électronique comprennent notamment : 1/ une valeur ou plusieurs valeurs seuils relatives au(x) critère(s) utilisé(s) par le code de simulation pour modéliser l'événement radiatif d'intérêt 21 les informations géométriques relatives aux zones de sensibilité associées à ce(s) critère(s).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour les composants comportant des cellules mémoires pour lesquels l'événement radiatif d'intérêt est un changement d'état logique d'une cellule ou plusieurs cellules, les paramètres d'entrée liés à l'équipement électronique comprennent: 1 ) la charge critique, définie comme le dépôt de charges nécessaire pour provoquer un événement radiatif d'intérêt ou de manière équivalente un critère de courant maximum pendant un temps maximum {imax, timax), ainsi que sur la définition 2) de la dimension de la zone de sensibilité associée à ce critère, 3) de la distance aux plus proches cellules voisines et 4) l'organisation logique de la mémoire, pour savoir si 2 bits d'un même mot sont physiquement adjacents ou non.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce qu'un des paramètres d'entrée est la géométrie relative aux zones de sensibilité associées au(x) critère(s) utilisé(s) par le code de simulation pour modéliser l'événement radiatif d'intérêt et peut être déterminé par une méthode d'analyse technologique ou une cartographie laser.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape 230 de détermination de certains paramètres d'entrée du code de simulation, sur la base de points de caractérisation expérimentaux obtenus dans l'étape 220 avec la source de rayonnements ionisants (100) aux propriétés limitées.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape 230 comporte une phase d'évaluation si un événement radiatif a lieu suite au passage d'un particule telle que simulée par le code de prédiction, cette phase procédant par une approche fondée sur la détermination de l'atteinte des valeurs seuils relatives au(x) critère(s) utilisé(s) par le code de simulation pour modéliser l'événement radiatif d'intérêt pour la configuration géométrique relative aux zones de sensibilité associées à ce critère.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que l'étape 230 comporte une phase d'optimisation pour déterminer un jeu de paramètres le plus probable permettant de retrouver à l'aide du code de simulation les résultats de mesure obtenus expérimentalement lors de l'étape 220 avec la source de rayonnements ionisants aux propriétés limitées.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le jeu de paramètres sur lequel on procède à la phase d'optimisation comprend une valeur ou plusieurs valeurs seuils relatives au(x) critère(s) utilisé(s) par le code de simulation pour modéliser l'événement radiatif d'intérêt et les informations géométriques relatives aux zones de sensibilité associées à ce critère. 14 Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que, pour les composants comportant des cellules mémoires pour lesquels l'événement radiatif d'intérêt est un changement d'état logique d'une cellule ou plusieurs cellules, le jeu de paramètres comprend la charge critique, définie comme le dépôt de charges nécessaire pour provoquer un événement radiatif d'intérêt ou de manière équivalent un critère de courant maximum pendant un temps maximum (imax, timax), ainsi que sur la taille de la zone de sensibilité associée à ce critère et de manière optionnelle, la distance aux plus proches cellules voisines, et l'organisation logique de la mémoire, pour savoir si 2 bits d'un même mot sont physiquement adjacents ou non. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, caractérisé en ce que sur la base du jeu de paramètres déterminés, le code de simulation est utilisé pour calculer la sensibilité attendue pour de nouvelles configurations d'irradiations répondant au cahier des charges.
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