Allez au contenu, Allez à la navigation

RSS

DESP - Environnement spatial

MUSCA SEP3 - Modélisation multi échelle des SEE dans les composants numériques

Les phénomènes dits événements singuliers (ou Single Event Effects - SEE) sont induits par l'ionisation d'un matériau et la collection de ces charges au voisinage de zones actives de composants. Cette ionisation fait suite à l'impact d'ions lourds ou de noyaux de recul issus d'interactions proton - Si ou neutron - Si. Les SEEs se manifestent dans les composants numériques par des basculements de portes logiques (SET) ou de points mémoire (corruption de données ou SEU), dans les composants analogiques par des transitoires de courant (« bruit »), dans les composants de puissance par des surconsommations et/ou ruptures de grille.

La plateforme de prédiction MUSCA SEP3 s’intègre dans la stratégie du département Environnement Spatial de l’ONERA (DESP), expert en matière de modélisation de l’environnement radiatif et de ses effets. Elle a pour objectif d’évaluer et d'anticiper les risques SEE et, d'apporter un support technique et scientifique lors des phases de durcissement design imposées par la roadmap technologique. Il s'agit d'un outil de calcul Monte Carlo, modulaire, multi-physique et multi-échelles intégrant des modèles dérivés de travaux de simulation.

La méthode

L'approche mise en œuvre avec la plateforme MUSCA SEP3 consiste à modéliser chacune des couches physiques allant de l'interaction particule - semiconducteur à l’occurrence de l'effet au niveau circuit.

  • La simulation interprète la réponse électrique transitoire du composant numérique
  • La simulation électrique est réalisée à partir de l’injection automatisée de ces courants transitoires dans un circuit modélisé sous Spice au travers de la plateforme Cadence.

MUSCA SEP3

 

La calibration de ces modèles repose sur des données d’essais au sol ou de simulation composant (TCAD). Des validations réalisées à partir de données expérimentales sous accélérateurs et de données en vol ont mis en évidence la pertinence de la plateforme MUSCA SEP3 dans l’estimation de sensibilité SEE pour des composants fortement avancés (90 -> 28 nm).

Domaine d'applications

MUSCA SEP3 permet de considérer les environnements radiatifs spatiaux, atmosphériques et terrestres.
La plateforme peut s’appliquer à tous types de composants numériques de technologie CMOS.

  • Mémoires SRAM
  • Circuits et portes logiques (NAND, XOR, MUX, Flip Flop…)
  • Capteurs d’images CMOS, circuits de lecture
  • SOC (processeurs, FPGA) …

MUSCA SEP3 permet d’investiguer la sensibilité SEE de manière globale et pointue afin d’aider les utilisateurs (fabricants, designers, industriels, end-users …) à répondre à leurs besoins :

  • Cartographie de sensibilité (ions lourds, neutrons, protons)
  • Calculs de sections efficaces SEU / MCU / SET / SEL
  • Calculs opérationnels SER
  • Calculs passerelles (ions lourds <-> neutrons <-> protons)
  • Aide au durcissement design
  • Evaluation globale d’une librairie de composants numériques


L’architecture de simulation repose sur une segmentation en quatre étapes bien spécifiques qui lui confère une flexibilité adaptée au durcissement SEE par design. L’approche utilisée permet également son intégration dans le « Design Flow » d’un industriel lors la phase de design. Ici, la description du design du composant repose sur une extraction des géométries du Layout depuis un fichier de type GDS2.

Contacts: G. Hubert, L. Artola

MUSCA.SEP3 \@/ onera.fr

Autres Départements Scientifiques