Modélisation des effets de dose ionisante pour la simulation multi échelle : des composants SOI au circuit intégré

Modeling of total ionizing dose effects for multiscale simulation : from SOI devices to integrated circuit

• Auteur / Autrice : Julien Lomonaco
• Direction : Arnaud Bournel, Neil Rostand, Sébastien Martinie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Soutenance le 21/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Dollfus
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Autran, Frédéric Saigné, Hugh Barnaby, Véronique Ferlet-Cavrois, Gilles Gasiot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Luc Autran, Frédéric Saigné

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relation dose-effet des rayonnements

Physique -- Modèles mathématiques

Circuits intégrés

Mots clés libres

Interaction radiation-Matière

Microélectronique

Simulation

Modélisation

Radiation-Matter interaction

Microelectronics

Simulation

Modeling

Résumé

L'objectif de la thèse est de développer une chaîne de simulation multi-échelle des effets de dose ionisante dans les technologies SOI pour évaluer les dégradations des circuits intégrés. Ce phénomène provient de la dégradation permanente des diélectriques, induisant une dérive dans le temps des caractéristiques électriques des transistors et donc des performances du circuit qu'ils constituent. Cette chaîne de simulation, qui est validée expérimentalement, est destinée à assister les concepteurs de circuits durcis aux radiations, afin de les guider vers les solutions de durcissement optimales. Tout d'abord, des simulations TCAD sont réalisées, à l'échelle composant, pour relier les dégradations des courbes courant-tension à l'origine de l'accumulation de charges et les comportements PDSOI et FDSOI influencent la réponse du dispositif. Deuxièmement, des modèles pour quantifier l'accumulation de charges dans les oxydes sont développés afin d'être utilisés dans des modèles standards. Troisièmement, une étude de cas sur une référence de tension est présentée afin de valider la pertinence de la chaîne de simulation.

The objective of the thesis is to develop a multiscale simulation chain of the ionizing dose effects in SOI technologies to assess integrated circuit degradations. This phenomenon originates from the permanent degradation of dielectrics, inducing a drift in time of the electrical characteristics of transistors and thus of the performances of the circuit that they constitute. This simulation chain, which is validated experimentally, is intended to assist designers of radiation-hardened circuits, in order to guide them towards the optimal hardening solutions. Firstly, TCAD simulations are performed, at device scale, to relate current-voltage curves degradations to the origin of charge build-up and how PDSOI and FDSOI behaviors influence the device response. Secondly, models for quantifying the charge build-up in the oxides are developped in order to be used in standard models. Thirdly, a case study on a voltage reference is presented in order to validate the relevance of the simulation chain.