Technological node (nm)

65 45 32 28 22 14

SER (FIT/Mbit)

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Figure 5.17 – Calcul du SER pour une SRAM de nœud technologique variable en technologie bulk opérant dans un environnement terrestre. Les contributions des protons, neutrons et muons sont différenciées. La Figure 5.17 présente l’impact de la diminution du nœud technologique qui a

pour conséquence l’augmentation du nombre de SEU. Une analyse globale montre que le SER augmente considérablement avec l’intégration technologique. Ce résul-tat suggère que les SEU induits par des muons affectent la SRAM à partir d’un nœud de 45 nm opérant dans un environnement terrestre avec une tension d’ali-mentation nominal et ont un impact considérable sur des nœuds technologiques plus petits (22 et 14 nm). De plus, la contribution muon devient supérieure à celle des protons et des neutrons à partir d’un nœud technologique de 28 nm. Ce résultat montre que le risque des SEU induits par des muons est critique pour des applications électroniques de technologie bulk opérant dans l’environnement terrestre. Ainsi, les technologies nanométriques vont très probablement devenir sensibles aux spectres des muons et des protons de faible énergie. Les futures pré-dictions du taux d’erreur à la surface terrestre nécessiteront une caractérisation du seuil du LET en considérant les contributions des protons et des muons dans l’environnement radiatif ainsi que la morphologie 3D du dépôt d’énergie de ces deux types de particules.

Technological node (nm)

65 45 32 28 22 14

SER (FIT/Mbit)

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Figure 5.18 – Calcul du SER pour une SRAM de nœud technologique variable en technologie bulk opérant dans un environnement avionique. Les contributions des protons, neutrons et muons sont différenciées. La Figure5.18présente une analyse similaire et montre le calcul du SER en fonc-tion de la diminufonc-tion du nœud technologique, pour une SRAM opérant dans un en-vironnement avionique. Ainsi, les neutrons et les protons constituent les principales contributions au calcul du SER alors que la contribution muon est négligeable. Historiquement, l’ionisation directe induite par des protons n’est pas considérée

comme une source de SEE pour des applications opérant dans un environnement avionique. Des analyses complémentaires basés sur ces résultats montrent que la contribution des protons a un impact sur le SER et ne peut plus être négligée pour un nœud technologique inférieur à 65 nm. La contribution des protons devient la plus importante en dessous de 28 nm. Des travaux précédents ont mis en évidence que l’intégration technologique en dessous de 90 nm, induit une saturation du SER. Pourtant, la prise en compte de l’ionisation directe induite par des protons conduit à une forte augmentation du SER à partir d’un nœud technologique plus petit que 28 nm.

5.4 Résumé et conclusion du chapitre

Ce chapitre a permis de montrer l’impact de la morphologie 3D du dépôt d’éner-gie sur la modélisation des SEE induits par les muons, pour des technolod’éner-gies na-nométriques. Pour ce faire, une plateforme expérimentale et de simulation a été développée. La partie expérimentale de la plateforme correspond à l’utilisation d’une caméra CCD comme détecteur de rayons cosmiques. En sommant les ni-veaux de charge non nuls des pixels adjacents de la caméra CCD, il est possible de reconstituer une partie de la trace du dépôt d’énergie d’une particule primaire. Les mesures de ces niveaux de charge permettent d’obtenir à la fois le flux et la cartographie spatiale du dépôt de charge des particules détectées. Grâce à l’uti-lisation de plusieurs sites de mesure atmosphériques et souterrains, l’analyse des flux et des cartographies mesurées, permet de discriminer les muons des autres rayons cosmiques secondaires selon leur motif de dépôt de charge. L’autre partie de la plateforme correspond à une chaîne de simulation combinant l’utilisation des codes GEANT4 et MUSCA SEP3. Le premier code est utilisé pour simuler le dépôt d’énergie du muon primaire et des électrons secondaires produits. Les traces de ces dépôts d’énergie sont stockées sous forme de base de données. L’outil de prédiction MUSCA SEP3 extrait aléatoirement une trace et l’injecte dans la modélisation d’un composant électronique.

Notre étude montre que la considération de la distribution radiale du dépôt d’énergie des muons est compatible avec les données expérimentales issues de la littérature. Cependant, cette morphologie 3D du dépôt d’énergie n’apporte globa-lement pas d’amélioration dans la modélisation du nombre de SEU par rapport à l’approche classique (description ponctuelle). Seule une légère baisse du nombre de SEU avec la distribution radiale est observée pour des faibles énergies de muon (de 50 keV à 300 keV). Au niveau du SER, pour une SRAM opérant à la surface terrestre, notre étude montre l’apport important de la contribution des protons et en particulier celle des muons. Alors que pour un nœud technologique allant de 65 à 32 nm, le SER est dominé par la contribution des neutrons, en dessous de 28 nm, ce sont les muons qui ont la plus forte contribution au SER. En revanche, pour une SRAM opérant à une altitude avionique (12 km), la contribution des muons au SER est très faible devant celle des neutrons et des protons. En dessous de 28 nm, ce sont les protons qui ont la plus forte contribution au SER. Ces résultats font l’objet d’un article actuellement dans la phase de révision [9].

Références

[1] Stéphane GAFFET, Yves GUGLIELMI, Jean VIRIEUX et al. « Simultaneous seismic and magnetic measurements in the Low-Noise Underground La-boratory (LSBB) of Rustrel, France, during the 2001 January 26 Indian earthquake ». In : Geophysical Journal International 155.3 (2003), p. 981– 990 (cf. p. 118).

[2] F PIQUEMAL. « Modane underground laboratory : Status and project ». In : The European Physical Journal Plus 127.9 (2012), p. 1–5 (cf. p. 118). [3] Pushpa Indumathie WIJESINGHE. « Energy deposition study of low-energy

cosmic radiation at sea level ». In : (2007) (cf. p. 127).

[4] Tatsuhiko SATO. « Analytical Model for Estimating Terrestrial Cosmic Ray

Fluxes Nearly Anytime and Anywhere in the World : Extension of PARMA/EXPACS ». In : PloS one 10.12 (2015), e0144679 (cf. p.127).

[5] Brian D. SIERAWSKI, Marcus H. MENDENHALL, Robert REED et al. « Muon-induced single event upsets in deep-submicron technology ». In : Nuclear Science, IEEE Transactions on 57.6 (2010), p. 3273–3278 (cf. p.132). [6] Guillaume HUBERTet Adrien CHEMINET. « Radiation effects investigations

based on atmospheric radiation model (ATMORAD) considering GEANT4 simulations of extensive air showers and solar modulation potential ». In : Radiation research 184.1 (2015), p. 83–94 (cf. p.133).

[7] Guillaume HUBERT, Claudio FEDERICO, Mauricio PAZIANOTTOet al. « Long and short-term atmospheric radiation analyses based on coupled measu-rements at high altitude remote stations and extensive air shower mode-ling ». In : Astroparticle Physics 74 (2016), p. 27–36 (cf. p.133).

[8] Guillaume HUBERT. « Analyses of cosmic ray induced-neutron based on spectrometers operated simultaneously at mid-latitude and Antarctica high-altitude stations during quiet solar activity ». In : Astroparticle Physics 83 (2016), p. 30–39 (cf. p.133).

[9] Pierre LI CAVOLI, Guillaume HUBERT et Jose BUSTO. « Study of the at-mospheric muon interactions based on CCD camera measurements and GEANT4 simulations : impact on Single Event Effect trends for nanoscale devices ». In : Journal of Instrumentation xx.xx (2017), p. xx (cf. p.136).