Dose Ionisante et Vulnérabilité d`Equipements
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Dose Ionisante et Vulnérabilité d`Equipements
Dose Ionisante et Vulnérabilité d’Equipements Electroniques Page 1 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Environnements radiatifs • Les sources de rayonnement Page 2 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Environnements radiatifs • Les victimes Page 3 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Environnements radiatifs • Radiations en fonction des environnements Environnement Protons Spatial X Industriel Médical Electrons Ions Lourds Neutrons X X X Photons X X X – La dose ionisante est principalement déposée par les électrons et les photons Page 4 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) X X Grandeurs physiques • Dose ionisante – Énergie déposée par unité de masse. – Unité internationale : Gray (Gy) = 1 Joule/kg – Autre unité : rad (1 Gy = 100 rad). • Débit de dose ionisante – Dose ionisante absorbée par unité de temps. – Unité internationale : le Gray/seconde (Gy/s) – Autre unité : rad/s ou rad/h Page 5 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Effets sur les composants électroniques • Mécanisme Source Grille +++++++++ +++++++++++++++ +++++++ ++ Zone N+ Zone P Drain Zone N+ Canal Oxyde de grille – Piégeage des charges dans les isolants – Migration des charges vers les interfaces isolant / semiconducteur et création d’un canal permanent (MOS N) Effet de cumul Phénomène dépendant du débit de dose Page 6 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Effets sur les composants électroniques • Structure MOS – Décalage des tensions de seuil – Courants de fuite QL4090-1PQ208M 83,6 83,4 Icc+IccIO (mA) 83,2 83 82,8 82,6 82,4 82,2 82 Dose(rad[Si]) Page 7 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) 04 04 E+ 2,0 E+ 1,8 04 04 E+ 1,6 E+ 1,4 04 04 E+ 1,2 E+ 1,0 03 03 03 03 E+ 8,0 E+ 6,0 E+ 4,0 E+ 2,0 0,0 E+ 00 81,8 Effets sur les composants électroniques • Structures bipolaires – Augmentation des courants de fuite – Diminution du gain – Variation du courant inverse des diodes – Variation de la tension de claquage Évolution du gain en courant d’un Transistor PNP IMT1A Dérive de l'AOP LF156 0 0 Ib+ Ib- -2 -200 -4 -400 -6 -600 -8 -800 -10 -1000 -12 0 200 400 600 800 1000 -1200 1200 250 0 Gy 200 pA mV Vos H F E 150 60 Gy 120 Gy 100 -1 -10 A -100 A -1 ICC Dose ionisante (Gy) Page 8 180 Gy Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) -10 -100 Effets sur les composants électroniques • Ord re e d rgand eru e d la su scep tibilité JFET BIPOLAIRE NMOS/PMOS CMOS CMOS DURCI CMOS/ SOS - SOI CMOS/ SOS – SOI DURCI GaAs Utilisation Possible Pag e9 Tolérée 1 Déconseillée 10 102 103 Gy Conférence salon RF et P Y HER 7 2a mrs 7 0 2- Eric FEUILLOLEYe (e f iulloley n @culetu e ds.com ) 104 105 106 Effets sur les composants électroniques • Impact de la miniaturisation des composants – La diminution de l ’épaisseur de oxyde de grille induit un décalage de la tension de seuil plus faible – La diminution de la largeur du canal provoque une augmentation des courants de fuite – La miniaturisation induisant deux tendances antagonistes, la prédiction de la tenue d’une nouvelle technologie est délicate. – Il est fondamental de réaliser des tests. Page 10 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement Essais PSPICE Action de durcissement Page 11 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Caractérisation des composants – Les essais sont réalisés avec des générateurs X ou des sources – Moyen d’essai NUCLETUDES · Co60, · Energie des photons : - 1,17 MeV et 1,33 MeV · Débit de dose : - 0,5 Gy/s sur 2 cm - 0,01 Gy/s sur 100 cm Page 12 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Caractérisation des composants – Contrainte de mise en œuvre des tests · Pas de présence humaine à proximité, · Limiter au minimum l’électronique nécessaire au test en cellule d’irradiation (dégradation). – La solution · Concevoir des mises en œuvre déportées de 8 à 10 m - «Bufferisation» des signaux de commande, - Transport des signaux dynamiques par lignes adaptées, · Utilisation de composants de proximité consommables. · Durcir les dispositifs de proximité Page 13 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Caractérisation des composants – Exemple de mise en œuvre Page 14 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Essais composants, maquettes, équipements – Expérience NUCLETUDES · Composants : - Diodes, transistors, régulateurs, AOP - FPGA, processeurs, DAC/ADC · Cartes : - Convertisseur d’alimentation - Chaîne de mesure - Traitement numérique · Équipements : - Boîtier de mesures, boîtier actionneurs, calculateurs Page 15 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Action de durcissement e (e x mp e l) Essais –C ontre p olarisation –P rise en comp te des courants de fuite –P rise en comp te de l’vé olution des consommations –B lindag es a Pe g1 6 o Cnfréence salon F Ret E P Y HR7 2mars 7 0 2-Eric E FE L O IUYe (e f uilo le ln @ y ucletudes.com) PSPICE Action de durcissement Méthode de durcissement • Contre polarisation – Il s’agit de compenser la dérive de la tension seuil Exemple pour un Mosfet N 3,3 V 0 FPGA ou C Page 17 Alim Puissance 3,3 V Dispositif d'Adaptation de niveau -5V Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Prise en compte des courants de fuite 2R 1R OPA2277 + 3R Verr = Vos + ( R1 // R2 +R3 ) Ib + Page 18 Initial 20 rkad o Vs 10 V 60 V Ib 280 pA 5 nA Ios 310 pA 5,5 nA reV (R1 // R2 R3 ) Ios 2 initial 20 krad 20 krad R1 100 kohms 100 kohms 10 kohms R2 200 kohms 200 kohms 20 kohms R3 67 kohms 67 kohms 6,7 kohms Verr 47,3 V 726,7 V 113,7 V Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Prise en compte de l’évolution des consommations Spécification : · des dispositifs de détection de surconsommation · de la puissance de sortie des alimentations du matériel · de la puissance dissipée Page 19 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Méthode de durcissement • Blindage · Dépend de la nature des radiations · Des pertes de performance admises · De la tenue des composants · De la place disponible · Du bilan de masse – Il n’existe pas de blindage universel, chaque solution résulte d’un compromis. Page 20 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected]) Merci pour votre attention Page 21 Conférence salon RF et HYPER 27 mars 2007 - Eric FEUILLOLEY ([email protected])