Modélisation compacte de l'effet des radiations naturelles sur les dispositifs sub-28nm pour des applications automobiles et aéronautiques

The aim of the thesis is to propose a compact modeling of ionizing particles effects (SET/TID) on sub28nm MOS technologies. Validation of the models will be done through TCAD simulations and SET model will be included into the MUSCA SEP3 simulation platform for soft errors risk assessment purpose.L’effet des radiations naturelles sur l’électronique est une problématique majeure pour tout circuit électronique embarqué dans l’espace, aux altitudes avioniques ou au niveau du sol (automobile). Ces radiations incluent les particules cosmiques primaires pour le spatial (protons, ions lourds…), les particules secondaires au sein de l’atmosphère (neutrons, muons, protons..) ainsi que les particules α résultantes de la radioactivité inhérente à tout matériau (contamination naturelle en Uranium/Thorium). L’effet de ces particules à l’échelle du transistor est la génération de porteurs libres engendrant un pulse en courant transitoire aux électrodes du composant que l’on appelle « Single Event Transient » (SET). Ce pulse est alors capable de perturber le fonctionnement du circuit en générant des erreurs dans le traitement/stockage de l’information : « soft errors ». Par ailleurs, une exposition permanente des circuits aux radiations peut engendrer des dérives dans les caractéristiques électriques des transistors, que l’on nomme effets de dose (« Total Ionizing Dose effects » (TID). La modélisation de ces phénomènes permet d’évaluer le risque d’erreurs des fonctions assurées par un circuit en incluant ces modèles dans les simulateurs de circuit (simulateurs utilisant le langage Verilog-A pour décrire les modèles des composants du circuit considéré).Le modèle SET développé à l’ONERA, dit de « diffusion/collection », permet de bien décrire la phénoménologie du pulse SET pour les transistors BULK. Ce n’est plus le cas pour les technologies plus intégrées (nœuds sub-28nm) telles que les technologies SOI qui font intervenir des phénomènes plus fins. Par ailleurs, ce modèle, bien que parvenant à décrire le pulse SET sur un transistor isolé, ne rend pas compte de la rétroaction dynamique du circuit environnant sur ce pulse : un modèle codé en Verilog-A apparait alors comme l’unique moyen de prendre en compte cette rétroaction de la manière la plus simple possible. Par ailleurs, une implémentation convenable en Verilog-A rendra optimale la robustesse et la rapidité d’exécution du modèle lors de la simulation de circuits faisant intervenir des millions de transistors. Un modèle physique, robuste et rapide d’exécution, et implémenté en Verilog-A dans les simulateurs de circuits est dit compact