Single Event Latchup : effets de la température, effets des paramètres de conception et mécanismes - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Single Event Latchup : temperature effects, design parameters effects and mechanisms

Single Event Latchup : effets de la température, effets des paramètres de conception et mécanismes

Résumé

In the technologic era in which we are living, reliability is a crucial aspect in every technology area. From aviation to cars, engineers need reliable systems that fulfill the task they are given to. However, reliability issues are related to different conditions and then every condition has to be fully understood in order to increase the reliability of the system. Radiation is one of these. Radiation has been discovered in the XVIII century and since then has been studied for its positive and negative effects. At the same time, new technologies have emerged. For instance, electronic components have been started to be developed in the ‘50s and nowadays are the cornerstone of our modern society. They are used in an impressive variety of field, from appliances to satellites. Clearly, the more the system is crucial, the more reliability is a major concern. From ground, to space, to aviation, radiation poses a major threat to electronic components. Thus, investigation of radiation effects and their impact on electronic devices has an important role on their reliability. One of this effect is Single Event Latchup (SEL), which is a potential catastrophic condition that affects CMOS technology. SEL is known since the ‘60s and it has been studied since then, because of the important role that CMOS components have assumed in the integrated circuit market. It is a destructive effect and as any other radiation effect, Single Event Latchup sensitivity depends on different parameters. So, the goals that we set for this work are to investigate the effects of specifics design parameters on SEL sensitivity and to identify a method to predict SEL.The first part of this scope has been addressed by investigation of the effects of specific design parameters on SEL sensitivity. The chosen parameters were doping profile, anode to cathode spacing and well and substrate taps placement. In addition, we have investigated the effect of temperature, which is a well-known key parameter for SEL sensitivity, in combination with the variation of the others parameters. TCAD tools have been used, by performing 2D simulations of a NPNP structure using Sentaurus Synopsys and ECORCE.On the other hand, two methods to predict SEL have been explored. The first method relies on the dynamic of SEL. By using TCAD simulations, we have identified the steps that lead to SEL. Then, these steps have been used to develop a modeling circuit in SPICE, in order to use it for prediction. With the second method, we have analyzed a possible model to predict SEL considering only the charge collected and deposited in the device, by finding a correlation between the deposited charge and the occurrence of SEL.
Dans l'ère technologique dans laquelle nous vivons, la fiabilité est un aspect crucial dans chaque domaine technologique. De l'aviation à l'automobile, les ingénieurs ont besoin de systèmes fiables qui remplissent la tâche qui leur est confiée. Cependant, les problèmes de fiabilité sont liés à différentes conditions et chaque condition doit alors être parfaitement comprise afin d'augmenter la fiabilité du système. Les radiations en font partie. Elles ont été découvertes au XVIIIe siècle et depuis lors ont été étudié pour leurs effets positifs et négatifs. Parallèlement, de nouvelles technologies sont apparues. Par exemple, les composants électroniques ont commencé à être développés dans les années 1950 et sont aujourd'hui la pierre angulaire de notre société moderne. Ils sont utilisés dans une variété impressionnante de domaines, des appareils électroménagers aux satellites. En clair, plus le système est crucial, plus la fiabilité est une préoccupation majeure. Du sol à l'espace en passant par l'aviation, les radiations constituent une menace majeure pour les composants électroniques. Ainsi, l'étude des effets des rayonnements et de leur impact sur les appareils électroniques a un rôle important sur leur fiabilité. L'un de ces effets est le Single Event Latchup (SEL) qui affecte les composants de technologie CMOS de façon potentiellement destructive et dont l’apparition dépend des paramètres de conception. Le SEL est connu depuis les années 1960 et il a été étudié depuis lors, en raison du rôle important que les composants CMOS ont joué sur le marché des circuits intégrés. C'est un effet destructeur et comme tout autre effet de rayonnement, la sensibilité d’un composant électronique au Single Event Latchup dépend de différents paramètres. Ainsi, les objectifs que nous nous sommes fixés pour ce travail sont d'étudier les effets des paramètres de conception sur la sensibilité du SEL et d'identifier une méthode pour prédire l’occurrence des SEL. La première partie de ce travail consiste en une étude des effets des paramètres de conception spécifiques sur la sensibilité SEL. Les paramètres choisis sont le profil de dopage, l'espacement anode-cathode et le placement des prises de puits et de substrat. De plus, nous avons étudié l'effet de la température, qui est un paramètre clé bien connu pour la sensibilité SEL, en combinaison avec la variation des autres paramètres. Des outils TCAD ont été utilisés, en effectuant des simulations 2D d'une structure NPNP à l'aide des logiciels Sentaurus Synopsys et ECORCE. Dans la seconde partie de ce travail, deux méthodes pour prédire le SEL ont été explorées. La première méthode repose sur la compréhension des mécanismes du SEL. En utilisant des simulations TCAD, nous avons identifié les étapes qui mènent au SEL. Ensuite, ces résultats ont été utilisés pour développer un circuit de modélisation dans SPICE, afin de l'utiliser pour la prédiction. Nous présentons un modèle pour prédire l’occurrence des SEL en considérant uniquement les charges déposée et collectée dans le dispositif.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03641656 , version 1 (14-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03641656 , version 1

Citer

Salvatore Guagliardo. Single Event Latchup : effets de la température, effets des paramètres de conception et mécanismes. Electronique. Université Montpellier, 2021. Français. ⟨NNT : 2021MONTS120⟩. ⟨tel-03641656⟩
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