Environnement spatial

Composants électroniques en ambiance spatiale

Les composants électroniques et optoélectroniques sont très sensibles à l'environnement spatial radiatif (électrons, protons et ions lourds). Ainsi différents mécanismes sont à l'oeuvre: la lente dégradation des performances sous l'effet de la dose d’ionisation intégrée (TiD ou "Total Ionizing Dose") et de la dose des défauts de déplacements (DD ou "Displacement Damage") et des perturbations fonctionnelles dues au rayonnement cosmique et aux protons rapides (événements singuliers SEE ou "Single Event Effects").

Les activités centrées sur l'effet des radiations sur l'électronique embarquée visent à 1) assurer un suivi des modes et mécanismes de défaillances avec l'évolution des technologies, 2) développer les modèles de comportement et méthodes de caractérisation permettant la prédiction de leur comportement en orbite, 3) faciliter l’accès des industriels aux moyens d’essais (internes ou externes).

Veille technologique et caractérisation

Il s'agit ici d'assurer un suivi des mécanismes de dégradation et de défaillances dans les nouvelles générations de circuits et de porter un regard critique sur les normes et standards en vigueur (JEDEC, ESA/SCC…).

Cet axe nécessite la simulation expérimentale des composantes radiatives naturelles de l’environnement spatial et la mise en œuvre de moyens et méthodes de caractérisation adéquats (test paramétrique et fonctionnel des composants).

Les études TiD utilisent les ressources disponibles au laboratoire Nautilus de DESP (sources ), tandis que les expériences SEE et DD sont menées sur accélérateurs de particules (IPN, UCL, JYFL, CPO, PSI…).

Carte de test pour CCD (adaptation sur ITS9000
pour essai TiD et caractérisation).

SDRAM256M amincie par face arrière et reportée
sur adaptateur pour essai SEE sur accélérateur de particules

Modélisation et prédiction des effets

La prédiction du comportement en situation réelle des composants nécessite le développement de modèles de comportement et la modélisation physique des mécanismes à l'origine des dégradations et anomalies.

La modélisation de l'effet des radiations s'établit sur plusieurs niveaux mettant en oeuvre différents codes de calculs pour décrire 1) l'interaction rayonnement matière (création de défauts, génération de charges), le transport (migration des défauts, collection de charges…), le fonctionnement électrique des circuits...

Parmi les thèmes étudiés, on peut citer :

1. la prédiction de la sensibilité des circuits vis-à-vis des protons à partir de données expérimentales ions lourds (SEUSIM...)
2. la prédiction de taux d'anomalies SEE en vol
3. la modélisation des phénomènes de "bits collés" dans les cellules mémoires (code Dallas)
4. la mise en évidence et prédiction des phénomènes RTS dans les composants CCD
5. la modélisation de la dégradation des cellules solaires
6. la modélisation des effets de dose dans les oxydes épais ou à faible champs (effet ELDRS, code AC/DC)

Prédiction de la sensibilité aux protons d'une mémoire SRAM

Courbe de dégradation calculée et mesurée
du courant de court-circuit de cellules GaAs
en fonction de la fluence d’électrons de 1MeV reçue.

Mise à disposition de moyens d'irradiation et allocation de faisceau

Les moyens d'irradiation disponibles à Nautilus peuvent être mis à disposition pour la réalisation de tests radiation (pour les modalités commerciales, nous contacter).

La ligne "composants" de l'Institut Nucléaire d'Orsay a été développée en 1989 avec le support du CNES et l'ONERA-DESP en assure la gestion depuis 1992.

L'accélérateur de particules de l'IPN est un Tandem Van de Graaf de 14MV qui fournit un cocktail standard d'ions lourds (E ≤ 7MeV/nucléon) ainsi que de protons (Emax = 25MeV).

Pour plus d'informations, nous contacter ou voir le site ipnweb.in2p3.fr/activitech/frame_actech.html.

Mis à jour le 21 juillet 2005 - © ONERA 2009 - Crédits et conditions d'utilisation