Techniques de conception pour le durcissement des circuits intégrés face aux rayonnements

ISBN 2-913329-12-8Integrated microsystems are the latest development of microelectronics. Their appearance allows a host of revolutionary new applications in several fields, including space exploration. The use of microsystems in space is hampered by the problem of exposure to radiation, particularly for the electronics section. This problem has been overcome in the past through the development of special fabrication technologies (" hardened "), able to resist the effects of radiation. The cutback in the military budgets has been responsible for the extinction of most radiation-hardened technologies. This fact is pushing the space industry towards the use of commercial off-the-shelf (COTS) technologies. The purpose of this thesis is to explore design techniques for the radiation-hardening of an integrated microsystem fabricated on a COTS technology. This microsystem is an infra-red sensor based on silicon thermopiles, suspended by front-side bulk micromachining. The pertinent elements of the different domains of knowledge needed for this task are reviewed, with an analysis of the hardening techniques applicable to the realization of the read-out electronics in CMOS technology. An experimental characterization program was carried out, and it has allowed to establish precisely the level of radiation tolerance of the technology, as well as to evaluate the usefulness of the design techniques developed. The excellent results obtained gave impulse to the endeavor of fabricating the whole sensor read-out chain. This chain was designed, manufactured, tested and qualified for space use.Les microsystèmes sont le dernier développement de la microélectronique. Leur apparition ouvre des possibilités révolutionnaires dans plusieurs domaines d'application, dont l'exploitation de l'espace.L'utilisation des microsystèmes dans l'espace se heurte au problème de l'exposition à la radiation, notamment pour la partie électronique. Cet obstacle a été surmonté dans le passé par la mise en place de filières de fabrication résistantes ("durcies") aux effets de la radiation. Le rétrécisemment des budgets militaires a provoqué la disparition de la plupart des technologies de fabrication durcies, ce qui est en train de pousser les constructeurs vers l'emploi de technologies commerciales standard (COTS). L'objectif de cette thèse a été d'investiguer des techniques de conception pour le durcissement d'un microsystème fabriqué par une technologie COTS. Le microsystème en question est un capteur de rayonnements infrarouges basé sur des thermopiles en silicium, suspendues par une étape de micro-usinage en volume par la face avant. Les éléments pertinents des différents domaines de connaissance impliqués sont passés en revue, avec une analyse des techniques de durcissement applicables à la construction de l'électronique de lecture en technologie CMOS. Un programme de caractérisation expérimentale a été réalisé, et il a permit d'établir le niveau de sensibilité de la technologie aux rayonnements et l'efficacité des techniques de durcissement développées. Les très bons résultats obtenus ont permis de passer à la réalisation de la chaîne de lecture du capteur, qui a été fabriquée, catactérisée et qualifiée pour l'espace