Contamination des composants électroniques par des éléments radioactifs

Contamination of electronic devices by radiaoctive isotopes

• Auteur / Autrice : Michael Gedion
• Direction : Frédéric Wrobel, Frédéric Saigné
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 06/09/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Wrobel, Frédéric Saigné, Pascal Fouillat, Bruno Barelaud, Jean-Luc Autran, Eric Tournié
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Fouillat, Bruno Barelaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons alpha

Composants électroniques

Mots clés libres

Particules alpha

Émetteurs alpha

Effets singulier

Simulation taux effets singulier

Mesure de contamination

Déséquilibre

Alpha aprticles

Alpha emitting particles

Single event upset

Soft error rate

Measurement of the contamination level

Résumé

Cette thèse a pour objet l'étude des éléments radioactifs qui peuvent altérer le bon fonctionnement des composants électroniques au niveau terrestre. Ces éléments radioactifs sont appelés émetteurs alpha. Intrinsèques aux composants électroniques, ils se désintègrent et émettent des particules alpha qui ionisent la matière du dispositif électronique et déclenchent des SEU (Single Event Upset). Ces travaux visent à évaluer la fiabilité des circuits digitaux due à cette contrainte radiative interne aux composants électroniques. Dans ce but, tous les émetteurs alpha naturelles ou artificielles susceptibles de contaminer les matériaux des circuits digitaux ont été identifiés et classés en deux catégories : les impuretés naturelles et les radionucléides introduits. Les impuretés naturelles proviennent d'une contamination naturelle ou involontaire des matériaux utilisés. Afin d'évaluer leurs effets sur la fiabilité, le SER (Soft Error Rate) a été déterminé par simulations Monte-Carlo pour différents nœuds technologiques dans le cas de l'équilibre séculaire. Par ailleurs, avec la miniaturisation des circuits digitaux, de nouveaux éléments chimiques ont été suggérés ou employés dans la nanoélectronique. Les radionucléides introduits regroupent ce type d'élément naturellement constitué d'émetteurs alpha. Des études basées sur des simulations Monte-Carlo et des applications analytiques ont été effectués pour évaluer la fiabilité des dispositifs électroniques. Par la suite, des recommandations ont été proposées sur l'emploi de nouveaux éléments chimiques dans la nanotechnologie.

This work studies radioactive elements that can affect the proper functioning of electronic components at ground level. These radioactive elements are called alpha emitters. Intrinsic to electronic components, they decay and emit alpha particles which ionize the material of the electronic device and trigger SEU (Single Event Upset).This thesis aims to assess the reliability of digital circuits due to this internal radiative constraint of electronic components. For that, all alpha-emitting natural or artificial isotopes that can contaminate digital circuits have been identified and classified into two categories: natural impurities and introduced radionuclides.Natural impurities result from a natural or accidental contamination of materials used in nanotechnology. To assess their effects on reliability, the SER (Soft Error Rate) was determined by Monte Carlo simulations for different technology nodes in the case of secular equilibrium. Besides, a new analytical approach was developed to determine the consequences of secular disequilibrium on the reliability of digital circuits.Moreover, with the miniaturization of digital circuits, new chemical elements have been suggested or used in nanoelectronics. The introduced radionuclides include this type of element consisting of natural alpha emitters. Studies based on Monte Carlo simulations and analytical approches have been conducted to evaluate the reliability of electronic devices. Subsequently, recommendations were proposed on the use of new chemical elements in nanotechnology.