– BIPS

Depuis le milieu des années 70 l'effet néfaste des radiations naturelles sur les composants électroniques embarqués sur satellites est un fait avéré dans la communauté spatiale. Deux types de phénomènes de défaillance sont observés. Il y a premièrement les effets de dose qui correspondent à une dégradation progressive des caractéristiques des composants. Ils sont dus au piégeage de charges dans les isolants des composants. Il y a ensuite les défaillances soudaines, causées par une seule particule suffisamment énergétique pour engendrer un courant parasite dans les composants et circuits. - Dans ce travail nous nous focaliserons sur les effets de dose. Ce mode de dégradation a longtemps été considéré uniquement sur les technologies MOS. Puisque le processus de dégradation est lié au piégeage de charges dans les isolants, il était admis que ce type d'effet ne pouvait pas se produire dans les structures bipolaires. L'intérêt porté à la réponse en dose des technologies bipolaires est très récent et est plus précisément lié au débit de dose qui correspond à la vitesse de dépôt de la dose. Ce n'est qu'en 1991, que les premières irradiations à faibles débits de dose ont montré que la dégradation des composants bipolaires pouvait être bien supérieure à celle observée à fort débit de dose. A ce niveau, il est important de préciser qu'en environnement radiatif spatial les débits de dose sont extrêmement faibles, de l'ordre de 10-6 Gy/s, alors que les tests qui peuvent être réalisés au sol se font à forts débits (typiquement de 10-2 à 1 Gy/s) afin de permettre un gain de temps pour l'évaluation de la dégradation. Ce résultat a un impact direct sur la qualification des composants destinés à un environnement radiatif spatial étant donné que les caractérisations au sol sous-estiment la dégradation des composants en vol. - Pour pouvoir proposer des méthodologies d'évaluation, il faut pouvoir maîtriser et comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans les effets de débit de dose. En 2006 nous avons proposé un modèle physique qui est le seul permettant d'expliquer l'ensemble des résultats expérimentaux référencés dans la littérature à ce jour. Ce modèle basé sur les mécanismes de piégeage de charges et de recombinaison dans les oxydes a mis en évidence aussi bien le rôle important du champ électrique interne dans l'oxyde que la qualité de ces oxydes. Pour observer l'effet de débit de dose le champ électrique interne doit être nécessairement faible et l'oxyde de médiocre qualité. Ces deux points correspondent à la majorité des oxydes utilisés dans les technologies bipolaires, et notamment les oxydes de passivation. Mais de nombreux autres composants électroniques et optoélectroniques présentent également ces caractéristiques. Le modèle proposé permet alors d'aborder la problématique de l'effet de débit de dose sur tous les systèmes présentant des oxydes. - Le but de notre travail est donc de définir des méthodes d'évaluation permettant de prédire la dégradation des composants électroniques et optoélectroniques soumis à un faible débit de dose. La problématique est de réussir à prédire la dégradation d'un composant destiné à une mission de quinze ans à partir de tests au sol ne s'étalant pas sur une période supérieure à 1 mois. Pour cela, nous proposons un plan articulé autour de 4 axes : - * Une validation expérimentale du modèle physique. - * Une modélisation des phénomènes depuis le dépôt de dose jusqu'aux paramètres caractéristiques de la dégradation du composant. - * La mise en place de méthodologies d'évaluation des technologies bipolaires face aux effets de débit de dose. - * L'évaluation des effets de débit de dose sur d'autres systèmes qui présentent des oxydes sous faible champ électrique et notamment sur les composants BiCMOS et sur les fibres optiques qui seront amenées à être embarquées dans un futur très proche. - A terme, grâce à nos connaissances et à notre expérience sur les composants électroniques et optoélectroniques mais égalem...