Durcissement

Le durcissement des composants électroniques contre les rayonnements ionisants sert à désigner un mode de conception, de réalisation...



Catégories :

Composant électronique - Radioactivité - Système embarqué

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • determine les effets physiques sur les composants du systeme. (fig 1). L'analyse de ces effets physiques et .... l'assurance durcissement est finalisee au travers de redaction.... vulnerabilite des composants electroniques. Tous ces... (source : ieeexplore.ieee)
  • Le durcissement est physique ou par oxydation. Encres à deux composants.... industrie électrique et électronique. – industrie des semi-conducteurs... cet effet. Pour l'exécution de l'impression, on emploie fréquemment du ... (source : teca-print)

Le durcissement des composants électroniques contre les rayonnements ionisants sert à désigner un mode de conception, de réalisation et de test des dispositifs et composants électroniques pour les rendre résistants aux dysfonctionnements et dégradations causés par des rayonnements électromagnétiques et les particules subatomiques énergétiques rencontrés lors des vols spatiaux ou en haute altitude, mais aussi dans l'environnement des réacteurs nucléaires, ou alors lors d'opérations militaires.

La plupart des composants «durcis» face aux rayonnements ionisants sont des adaptations de composants du marché, réalisés selon des procédés conçus pour limiter les effets des radiations sur les matériaux qui les forment. À cause de la complexité de ces adaptations, le développement de tels composants, conçus pour un marché de niche, prend du temps et revient cher. C'est pourquoi ces composants offrent des performances fréquemment particulièrement en retrait comparé à leurs équivalents contemporains du marché.

Dommages dus aux rayonnements ionisants

Une simple particule chargée de haute énergie traversant un matériau semi-conducteur est susceptible d'injecter des centaines d'électrons dans la bande de conduction, accroissant le bruit électronique et provoquant un pic de signal dans un circuit analogique, ou faussant les calculs dans un circuit numérique. À plus forte énergie, c'est la qualité même des matériaux, et donc leurs propriétés physiques, qui peut être définitivement dégradée, conduisant à la destruction pure et simple du composant irradié. C'est un problème spécifiquement critique pour l'électronique des satellites et des vaisseaux spatiaux, de l'aviation militaire, et des installations nucléaires.

Les méthodes employées pour rendre les composants électroniques résistants aux radiations sont le plus souvent désignées du terme anglais radiation hardening, et de tels composants sont dits rad-hard ; les termes français radiodurcissement et radiodurci, qui seraient équivalents, ne se rencontrent presque jamais dans la littérature.

Principales sources d'exposition

Les principales sources d'exposition aux rayonnements ionisants sont le vent solaire et les ceintures de Van Allen pour l'électronique spatiale, le rayonnement cosmique dans l'espace mais aussi dans l'atmosphère à haute altitude, des isotopes radioactifs dans les matériaux des boîtiers des composants électroniques eux-mêmes, et évidemment les réactions nucléaires dans les centrales nucléaires ou lors d'explosions d'ogives nucléaires.

Effets des radiations sur les composants électroniques

Mécanismes physiques

Deux types d'effets sont à considérer :

Manifestation de ces effets

Du point de vue de l'utilisateur, on peut classer ces effets en plusieurs groupes :

Techniques de durcissement aux radiations

Techniques de durcissement matériel

Les circuits durcis aux radiations sont fréquemment réalisés sur matériau isolant plutôt que sur substrat semiconducteur. Les techniques SOISilicon On Insulator», en l'occurrence de l'oxyde de silicium SiO2) et SOS («Silicon On Sapphire», c'est-à-dire sur oxyde d'aluminium Al2O3) sont les plus employées. Les composants commerciaux supportent des doses de radiations de 50 à 100 Gy, tandis que les composants spatiaux conçus en SOI ou SOS supportent des doses plusieurs dizaines de fois plus élevées.

A défaut, on choisit plutôt des substrats à large bande interdite, tels que le carbure de silicium et le nitrure de bore, pour limiter l'effet des centres de recombinaison des porteurs (électrons et trous) au niveau des défauts cristallins induits par les radiations.

On utilise plutôt les mémoires statiques (SRAM) plutôt aux mémoires dynamiques (DRAM), dont les cellules sont plus petites (donc plus sensibles aux effets d'une particule énergétique isolée) et les condensateurs structurellement plus sensibles aux radiations au niveau de la couche isolante sous la grille.

On recouvre le circuit de verre de borophosphosilicate appauvri en bore 10, lequel absorbe les neutrons et se désintègre en émettant des particules α.

Il est aussi envisageable de blinder le boîtier du composant pour protéger ce dernier des radiations.

Techniques de durcissement logique

Les mémoires à correction d'erreur implémentent des bits de parité pour contrôler la validité des informations stockées pour pouvoir peut-être restaurer l'intégrité de leurs informations. Elles doivent être en permanence nettoyées par un circuit dédié qui contrôle les bits de parité et gère le rafraîchissement des données corrompues.

Il est envisageable d'implémenter, dans la logique des circuits électroniques, un certain niveau de redondance, par exemple en remplaçant un bit critique par trois bits dont la valeur unique sera évaluée par une logique de vote à partir de la valeur commune à au moins deux bits sur les trois. Cette technologie présente l'avantage d'être fiable en temps réel car elle ne demande pas de recalcul. Elle est néanmoins particulièrement consommatrice en silicium, multipliant par cinq la surface du circuit ainsi adapté, de sorte qu'on la réserve pour les logiques critiques de petite taille. Une alternative consiste à introduire une logique de vote entre trois blocs logiques plutôt qu'entre chacun des bits d'un bloc logique, par exemple entre trois instances d'une même unité d'un processeur (ALU, FPU, MMU etc. ).

La redondance des dispositifs électroniques eux-mêmes est une réponse classique aux aléas génèrés par les radiations, par exemple avec au moins trois dispositifs fonctionnant en même temps qui comparent leurs résultats ; les dispositifs qui produisent des résultats minoritaires doivent les recalculer, et tout dispositif qui produit des résultats erronés de façon répétée peut être programmé pour être neutralisé.

Un mécanisme reposant sur une horloge de surveillance peut aussi permettre de réinitialiser un circuit logique quand le dispositif n'est plus en mesure d'écrire une valeur correcte dans l'horloge ; celle-ci termine alors son compte à rebours en forçant la réinitialisation du dispositif. C'est le stade ultime après les autres techniques de durcissement contre les radiations.

Exemples de dispositifs électroniques radiodurcis

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

Recherche sur Amazon (livres) :



Ce texte est issu de l'encyclopédie Wikipedia. Vous pouvez consulter sa version originale dans cette encyclopédie à l'adresse http://fr.wikipedia.org/wiki/Durcissement_(%C3%A9lectronique).
Voir la liste des contributeurs.
La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
Ce texte est disponible sous les termes de la licence de documentation libre GNU (GFDL).
La liste des définitions proposées en tête de page est une sélection parmi les résultats obtenus à l'aide de la commande "define:" de Google.
Cette page fait partie du projet Wikibis.
Accueil Recherche Aller au contenuDébut page
ContactContact ImprimerImprimer liens d'évitement et raccourcis clavierAccessibilité
Aller au menu