Procedimiento de determinación de la sensibilidad de los componentes electrónicos frente a partículas.

Un procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas de un componente electrónicoen el que:

- se pone el componente electrónico en servicio,

- se excita el componente electrónico así puesto en servicio por excitaciones producidas por una radiación láser,

- se mide un defecto de funcionamiento del componente electrónico puesto en servicio correspondiente a estasexcitaciones,

- se establece una cartografía de zonas de sensibilidad del componente en que estas excitaciones tienen unefecto,

- se aplica a la cartografía de zonas de sensibilidad un programa de agresión por una partícula que provocainteracciones energéticas,

- este programa de simulación produce un gran número de recorridos posibles de las partículas en el componente,y en el caso de neutrones y de protones, un gran número de reacciones nucleares extraídas de una base de datos,

- este programa de simulación, pone en práctica, a partir de estos recorridos posibles y de la cartografía de lasensibilidad del componente un modelo de acumulación de cargas,

- este programa de simulación analiza estas acumulaciones de cargas y estatuye sobre la ocurrencia de erroresligados a acumulaciones de cargas,

- la señal de calidad del componente es deducida de este análisis y de estos estados,estando caracterizado el procedimiento porque:

- se utiliza, en el caso de los neutrones y de los protones, una base de datos que informa sobre productos yprobabilidades de reacciones nucleares posibles,

- se mide el efecto de la ionización sobre el funcionamiento del componente electrónico.

- para componentes con integración fina se mide con la cartografía láser un tamaño máximo de zona desensibilidad de una célula elemental, y

- el programa de simulación elige reacciones nucleares en una base de datos correspondiente al tipo y a laenergía de la partícula estudiada.

Procedimiento de determinación de la sensibilidad de los componentes electrónicos frente a partículas Dominio del invento El propósito del invento es determinar la sensibilidad de los componentes electrónicos frente a partículas del tipo de iones pesados, neutrones y protones, poniendo en práctica la utilización conjunta de un sistema láser y de un código de predicción de fallo basado sobre la física de la interacción partícula/materia.

Estado de la técnica

Los entornos radiactivos naturales o artificiales (neutrones, protones, iones pesados, flash o destellos X, rayos gamma) pueden perturbar el funcionamiento de los componentes electrónicos. Estas perturbaciones son debidas a interacciones entre la materia y las partículas del entorno radiactivo. Una de las consecuencias es la creación de corrientes parásitas en el componente. Según la región en la que tienen lugar las interacciones entre la materia y las partículas, las corrientes parásitas producidas serán más o menos importantes. Esto traduce la presencia de zonas localizadas de acumulación o conjunto de cargas en el componente.

Tales agresiones por iones pesados y protones son típicamente encontradas, en el espacio, por satélites y lanzadores. A altitudes menos elevadas donde evolucionan aviones, se nota sobre todo la presencia de agresiones por neutrones. Al nivel del mar, tales agresiones pueden también ser encontradas y afectar a los componentes electrónicos embarcados en aparatos portátiles, o en vehículos.

Para poder predecir el comportamiento de los componentes frente a iones pesados, neutrones y protones, en particular para aplicaciones espaciales o aeronáuticas, es necesario conocer la extensión superficial de las zonas de acumulación de cargas así como su posición y dimensión en profundidad, lo que supone poder establecer cartografías de tres dimensiones.

Clásicamente, para evaluar la sensibilidad de un componente electrónico a las partículas del entorno radiactivo, el componente es sometido a un flujo de partículas y las perturbaciones son contabilizadas. En la medida en que todo el componente es irradiado, este tipo de ensayo no permite remontarse a la localización de las zonas de acumulación de cargas. Además, estos ensayos son relativamente costosos pues hay relativamente pocas instalaciones en el mundo susceptibles de producir flujos de partículas. Finalmente, incluso si la naturaleza de las partículas salidas de los aceleradores de partículas es la misma que la del entorno radiactivo, su energía puede ser diferente. Esto puede conducir a importantes errores, en particular a causa de su menor penetración en el componente.

Unos haces de pequeños tamaños pueden ser extraídos de la salida del acelerador de partículas. Es entonces posible utilizar estos micro-haces para cartografiar las zonas de sensibilidades de un componente. Esta cartografía se efectúa en un plano y no permite revelar más que de manera superficial la localización de las zonas de acumulación de cargas. Ninguna información sobre la localización en profundidad de la zona sensible es obtenida por este tipo de ensayo.

Hasta ahora, el láser era utilizado principalmente como un útil de caracterización previa de la sensibilidad de los componentes a las radiaciones. Del mismo modo que las partículas del entorno radiactivo, el láser puede, cuando su longitud de onda es apropiada, generar corrientes parásitas en el interior de los componentes.

Se conocen en el estado de la técnica:

• La solicitud de patente PCT Nº WO 2007/119030 (EADS) ; y

• La solicitud de patente europea Nº EP 1 231 551 (Infineon Technologies) .

El láser presenta una ventaja muy interesante para el estudio del efecto de las radiaciones. En la medida en que la resolución espacial del láser puede alcanzar dimensiones relativamente pequeñas con relación a las estructuras elementales contenidas en los componentes electrónicos, es posible, del mismo modo que en el caso del micro-haz, cartografiar un componente electrónico e identificar sus zonas de acumulación de cargas. Variando el punto de localización en profundidad del haz, la cartografía de sensibilidad puede igualmente ser hecha en la tercera dimensión, y esto de manera facilitada industrialmente. Pero este conocimiento no es suficiente para conocer el comportamiento global del componente electrónico frente a radiaciones.

Exposición del invento En el invento, para remediar este problema, se ha tenido la idea de proceder por simulación. Una vez que la carta de sensibilidad del componente ha sido adquirida, ésta se presenta en forma de un modelo, una matriz en la práctica, de cuatro a cinco dimensiones, en X Y Z y coeficiente de sensibilidad o en X Y Z T y coeficiente de sensibilidad. Se somete entonces este modelo de este componente, a una agresión simulada y se mide su respuesta simulada. Por ejemplo de manera esquemática, si en un instante T dado, un ión simulado (ya se trate de un ión primario o producto de una reacción nuclear) pasa a través de una zona elemental de coordenadas XYZ, y si, en este instante, la zona elemental en cuestión tiene una sensibilidad s, se atribuye al componente el valor de calidad s. Luego se reitera la experiencia para otro ión simulado. Así sucesivamente, sobre una duración de estudio dada entonces según el caso, el tiempo varía y que la aplicación puesta en servicio por el componente se desarrolla, se recogen los valores s, luego, por ejemplo a la salida de una duración dada de medida, se compilan los valores de calidad medidos para conocer la calidad real del componente. Actuando así, en vez de disponer de una cartografía sometida a conjetura, se obtiene una medida verdadera de esta calidad.

Según el invento, el conocimiento proporcionado por las cartografías láser y relativa a la posición y a la profundidad de las zonas de sensibilidad de un componente electrónico puede ser utilizado como parámetro de entrada en códigos de predicción para cuantificar la sensibilidad del componente electrónico cartografiado frente a partículas ionizantes del entorno radioactivo natural. Los códigos de predicción permiten evaluar la ocurrencia de los disfuncionamientos en un componente electrónico. La evaluación de los riesgos ligados al entorno radiactivo impone dos aspectos: uno, probabilístico, tiene en cuenta la interacción partícula/materia, el otro, eléctrico, tiene en cuenta la acumulación de cargas en el interior del componente electrónico.

Con este método se determina la sensibilidad de componentes electrónicos frente a radiaciones a partir de los ensayos con láser: las informaciones sobre la geometría de las zonas de acumulación de cargas del componente sirven entonces de parámetros de entrada en simulaciones de predicción de error frente a partículas (iones pesados, neutrones, protones…) . El método del invento permite poner en evidencia las debilidades de una tecnología para la resistencia a las radiaciones, lo que es una información importante para el desarrollo de los nuevos componentes electrónicos a utilizar en los sistemas electrónicos para que presenten las sensibilidades más débiles. En el invento, en el caso del estudio de la sensibilidad a los neutrones y a los protones, en vez de lanzarse en simulaciones exhaustivas de las reacciones nucleares con los núcleos constitutivos de los componentes electrónicos, se prefiere utilizar una base de datos previamente construida que, para una energía de agresión de una partícula incidente dada, da las características de los productos salidos de las reacciones posibles. En el caso de los iones pesados, las reacciones nucleares no son estudiadas y no existe base de datos pues los iones pesados tienen directamente un fuerte poder ionizante. El código de simulación permite evaluar, a partir de criterios, el efecto que habría tenido la interacción de estas partículas sobre el funcionamiento del componente electrónico.

El invento tiene pues por objeto un procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas de un componente electrónico en el que:

-se pone el componente electrónico en servicio,

-se excita el componente electrónico así puesto en servicio por excitaciones producidas por una radiación láser,

-se mide un defecto de funcionamiento del componente electrónico puesto en servicio correspondiente a estas excitaciones,

-se establece una cartografía de zonas de sensibilidad del componente en que estas excitaciones tienen un efecto,

-se aplica a la cartografía de zonas de sensibilidad un programa de simulación de agresión por una partícula que provoca interacciones energéticas,

-este programa de simulación produce un... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de caracterización de la sensibilidad a las interacciones energéticas de un componente electrónico en el que:

-se pone el componente electrónico en servicio,

-se excita el componente electrónico así puesto en servicio por excitaciones producidas por una radiación láser,

-se mide un defecto de funcionamiento del componente electrónico puesto en servicio correspondiente a estas excitaciones,

-se establece una cartografía de zonas de sensibilidad del componente en que estas excitaciones tienen un efecto,

-se aplica a la cartografía de zonas de sensibilidad un programa de agresión por una partícula que provoca interacciones energéticas,

-este programa de simulación produce un gran número de recorridos posibles de las partículas en el componente, y en el caso de neutrones y de protones, un gran número de reacciones nucleares extraídas de una base de datos,

-este programa de simulación, pone en práctica, a partir de estos recorridos posibles y de la cartografía de la sensibilidad del componente un modelo de acumulación de cargas,

-este programa de simulación analiza estas acumulaciones de cargas y estatuye sobre la ocurrencia de errores ligados a acumulaciones de cargas,

-la señal de calidad del componente es deducida de este análisis y de estos estados, estando caracterizado el procedimiento porque:

-se utiliza, en el caso de los neutrones y de los protones, una base de datos que informa sobre productos y probabilidades de reacciones nucleares posibles,

-se mide el efecto de la ionización sobre el funcionamiento del componente electrónico.

-para componentes con integración fina se mide con la cartografía láser un tamaño máximo de zona de sensibilidad de una célula elemental, y

-el programa de simulación elige reacciones nucleares en una base de datos correspondiente al tipo y a la energía de la partícula estudiada.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque

-se aplica un tratamiento a la cartografía láser establecida para extraer una cartografía útil, dando cuenta esta cartografía útil de la sensibilidad del componente a las partículas ionizantes.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque

-se realiza una deconvolución matemática para tomar en consideración un tamaño de un impacto láser con relación a un tamaño estimado de una zona de sensibilidad del componente frente a partículas ionizantes.

4. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque

-para cuantificar la sensibilidad del componente, se simula con ayuda del programa de simulación una respuesta del componente electrónico a las excitaciones según criterios determinados para el disfuncionamiento estudiado.

5. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque

-a título de medida de interacción energética se miden, por simulación láser, interacciones de iones pesados y o de protones y o de neutrones.

6. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque

-la energía del fotón láser de la fuente láser es superior al valor de la banda prohibida del componente semiconductor.

7. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque

-la fuente láser provoca una absorción simultánea de varios fotones en el material semiconductor. 8. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque

-la cartografía láser es realizada según las tres dimensiones del espacio. 9. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque

-la cartografía láser es realizada según cuatro dimensiones, las tres dimensiones del espacio así como el tiempo.