Étude d'un protocole de régénération thermique de composants électroniques soumis à un rayonnement ionisant

Study of thermal annealing of electronic component subjected to ionizing radiation

• Auteur / Autrice : Stéphanie Dhombres
• Direction : Jérôme Boch, Alain Michez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Saigné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Boch, Alain Michez, Frédéric Saigné, Laurent Bechou, Mourad Benabdesselam, Stéphane Beauvivre, Rosine Coq Germanicus, Jean-Roch Vaillé
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Bechou, Mourad Benabdesselam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors

Rayonnements ionisants

Capteurs d'images CMOS

Mots clés libres

Capteur CMOS APS

Régénération thermique

Rayonnement ionisant

Transistor

CMOS APS image sensor

Thermal annealing

Ionizing radiation

Transistor

Résumé

De nos jours, les caméras sont de plus en plus utilisées lors de missions spatiales ou en centrale nucléaire pour des missions d'observations (civiles ou militaires) et de surveillance (vérification du déploiement de panneaux solaires, opérations extravéhiculaires, accident nucléaire, site de stockage). L'environnement spatial, les réacteurs civils nucléaires ou les lieux de stockage de déchets radioactifs sont des milieux radiatifs qui peuvent très fortement perturber les composants électroniques et les systèmes. Dans ces environnements, les rayonnements ionisants dégradent les paramètres électriques des composants électroniques. La dose totale ionisante conduit à l'apparition d'un nombre significatif de charges dans les oxydes des matériaux constituant les composants électroniques, modifiant leurs propriétés électriques. Il en résulte qu'une exposition à la dose totale ionisante peut entraîner une défaillance partielle ou totale d'un composant voire d'un système électronique embarqué.Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une méthode de régénération pour guérir les paramètres électriques dégradés par la dose totale ionisante de composants électroniques soumis aux rayonnements ionisants. Cette méthode consiste à appliquer des cycles de recuit isothermes à un composant électronique. Dans un premier temps, cette méthode est appliquée sur des transistors MOS, et une étude est menée sur l'impact des différents paramètres clés du recuit (polarisation, température, durée de recuit, pas en dose entre chaque recuit). Dans un second temps, nous nous intéressons à des composants plus intégrés et plus récents tels que des capteurs d'images de type CMOS APS. Nous montrons expérimentalement l'impact d'un recuit sur ce type de composant et enfin, nous adaptons la méthode de régénération pour l'appliquer à ces capteurs APS afin d'augmenter leur durée de vie.

Nowadays, cameras are more and more used in space missions or nuclear plant for observation (civil or military) and monitoring missions (checking the deployment of solar panels, extravehicular operations, nuclear accident, and area storage). The space environment, nuclear reactors or radioactive waste storage areas are radiative environments that can greatly disturb electronic components and systems. In these environments, ionizing radiation degrades the electrical parameters of electronic components. The total ionizing dose induces significant charge build-up in oxides, degrading the electrical properties of the materials of electronic devices. That can result in the loss of functionality of the entire electronic system.In this thesis, we propose a regeneration method to recover the electrical parameters degraded by total ionizing dose of electronic components subjected to ionizing radiation. In this method isothermal annealing cycles are applied to electronic devices. In a first step, this method is applied on MOS transistors, and a study is conducted on the impact of various key parameters of annealing (bias, annealing temperature, annealing time, dose step between each annealing). In a second step, we focus on components more integrated and newer such as CMOS APS image sensors. We experiment what is the impact of annealing on this type of component and finally, the regeneration method is modified to be suitable on these APS sensors to increase their lifetime.