Добірка наукової літератури з теми "Durcissement au rayonnement"

L’identification des matériaux présents dans des objets volumineux comme des colis de déchets nucléaires nécessite la plupart du temps soit une opération destructive (carottage, découpe) pour les colis bétonnés, soit une intervention humaine (tri, inventaire) sur des colis de faible activité dont le déchet n’est pas bloqué. Dans le cadre de ses activités de R&D sur la gestion des colis de déchets, l’ONDRAF/NIRAS (Belgique) a sollicité le CEA (Institut IRESNE) pour évaluer les performances et les limites de détection et d’identification de matériaux dans des colis bétonnés étalons de 400 l/ 900 kg. La technique mise en oeuvre est la tomographie par transmission au moyen d’un accélérateur linéaire dont l’énergie est réglable de 9 à 21 MeV (avec un maximum de dose à 15 MeV). Des essais ont ainsi été réalisés sur cinq fantômes spécialement conçus par l’ONDRAF/NIRAS pour refléter la gamme de matériaux devant être identifiés (plexiglas, cellulose, bois, métal, eau, huile, filtres, déchets compactés, etc). Les premières séries de mesures ont consisté en des tomographies demi-champ Cone-Beam (3D) afin d’avoir une vue globale des colis et de leur contenu. La diffusion Compton étant majoritaire à ces énergies, il n’a pas été possible, à cause du rayonnement diffusé parasite, de réaliser une calibration en densité. Une seconde série de mesures a alors visé à comprendre les perturbations observées afin de les corriger et obtenir la meilleure précision possible sur la densité à l’aide d’une géométrie collimatée Fan-Beam (2D). Les précisions obtenues sur la densité sont de l’ordre de quelques pourcents pour la majorité des matériaux, la sensibilité variant suivant leur nature. Par exemple, l’eau et l’huile contenues dans un même récipient sont distinguées autant par la valeur de leur densité que par leur stratification alors même que la nature des métaux est plus difficile à extraire à cause du durcissement de spectre. La tomographie 3D et la tomodensitométrie 2D apparaissent donc comme des examens efficaces pour identifier des matériaux contenus dans des objets volumineux et lourds comme des colis de déchets nucléaires.

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 surmonte dans le passe par la mise en place de filières de fabrication résistantes (durcies) aux effets de la radiation. Le rétrécissement 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 fabrique par une technologie COTS. Le microsystème en question est un capteur de rayonnements infrarouges base 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 impliques 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 permis 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 chaine de lecture du capteur, qui a été fabriquée, caractérisée et qualifiée pour l'espace.

La composante ionisante des rayonnements spatiaux s'appelle dose cumulée. Elle entraîne l'apparition d'une charge piégée dans les oxydes ainsi que des états d'interface. Ces quantités sont à l'origine des dégradations électriques observées dans les circuits. Un modèle numérique des effets de dose dans la silice est développé. Il décrit la génération, le transport, le piégeage, les phénomènes de guérison ainsi que la génération des états d'interface tout en s'attachant à prendre à compte de manière assez fine l'effet du champ électrique et de la température. Le calage de notre modèle avec des données expérimentales faites sur la gamme des débits de dose de laboratoire avec différentes températures et diverses conditions de polarisations a permis de caractériser les paramètres des différents mécanismes. Sous faible champ électrique, certains composants présentent une sensibilité accrue au faible débit de dose. Notre modèle explique ce phénomène par l'inversion du champ électrique à fort débit de dose. Enfin, l'extrapolation au débit de dose spatial de notre modèle a permis de discuter la représentativité des normes de test en vigueur.

Ce travail est base sur l'utilisation de composes multifonctionnels a haute stabilite thermique en tant que matrice de materiaux composites destines a l'industrie aeronautique. Ceci nous a amenes, d'une part, a synthetiser des resines epoxydes par l'intermediaire de deux voies: -epoxydation de diamines aromatiques a partir de l'epichlorhydrine; -epoxydation de compose polyinsatures a noyaux heteroatomiques. D'autre part, nous avons transforme ces monomeres multiepoxydes en leurs homologues acryliques. Les caracteristiques thermiques de ces resines ont ete evaluees apres leur reticulation a l'aide de diverses techniques (durcissement thermique, rayonnement uv, bombardement electronique)

Ce travail traite de la fiabilité des composants électroniques de puissance comme les MOSFET et les IGBT affectés par l'Environnement Radiatif Naturel dans lequel ils évoluent. Cette problématique fait, de nos jours, partie intégrante de la fiabilité des composants. Alors qu'elle concernait initialement les composants destinés à travailler en environnement radiatif sévère du type spatial ou aéronautique, l'évolution et la complexité de l'électronique embarquée, qui peut interagir avec ce type d'environnement et avoir des effets potentiellement dommageables, nous amène à prendre en compte ces contraintes radiatives comme le cas d'ion lourd. C'est dans ce cadre que nous avons effectué les travaux présentés dans ce mémoire. Des simulations utilisant les outils Synopsys TCAD ont été menées afin de mieux comprendre les mécanismes de défaillances comme le Single Event Burn-out (SEB) et le Single Event Latch-up (SEL) ainsi que la définition de critères de déclenchement, de comportement et de la sensibilité de différents composants (VDMOS, SJ-MOSFET, IGBT planar et IGBT trench). Ces études nous ont permis de proposer et d'évaluer des solutions de durcissement au niveau de design permettant la désensibilisation contre les phénomènes de déclenchement liés aux structures parasites.

Cette thèse explore le développement et la caractérisation du processeur HARV et de sa version HARV-SoC, spécifiquement conçus pour fonctionner dans des environnements hostiles. Elle commence par mettre en évidence les défis posés par les environnements hostiles, en particulier l'impact des radiations sur les dispositifs et systèmes électroniques. La thèse classe les environnements hostiles en environnements spatiaux, atmosphériques et artificiels, chacun ayant ses caractéristiques uniques.Dans les environnements de radiations artificielles, différentes installations expérimentales sont décrites, fournissant différents spectres de particules, notamment des neutrons, des protons et des champs mixtes. La thèse se penche sur les effets des radiations sur les dispositifs électroniques, couvrant les effets cumulatifs tels que la dose ionisante totale (TID) et les dommages par déplacement (DD), ainsi que les événements uniques entraînant des erreurs et des défaillances système.La recherche introduit l'architecture d'ensemble d'instructions (ISA) RISC-V en tant qu'architecture de processeur largement adoptée, connue pour son format d'instruction régulier, son décodage d'instructions économique et sa flexibilité modulaire. La thèse souligne l'importance de la fiabilité dans l'utilisation des processeurs dans des environnements hostiles et discute des techniques de détection et de correction d'erreurs, notamment la redondance spatiale, temporelle et informationnelle.Reconnaissant l'utilisation croissante des processeurs RISC-V dans des applications critiques, la thèse propose un résumé des travaux connexes, positionnant HARV-SoC dans le contexte des derniers développements. Elle se penche ensuite sur la mise en œuvre de HARV, la version initiale du processeur, mettant en avant la tolérance aux fautes au niveau de la microarchitecture. La protection des registres à l'aide de codes correcteurs d'erreurs et de la redondance modulaire triple est mise en évidence.Les travaux se poursuivent avec le développement d'un SoC à architecture multi-cycles, permettant des applications plus complexes tout en conservant des périphériques essentiels. Des simulations d'injection de fautes sont réalisées pour analyser de manière exhaustive les modèles de fautes. Pour préparer HARV-SoC aux expériences dans les accélérateurs de particules, des mécanismes d'observabilité sont introduits, permettant une analyse détaillée des erreurs au sein du processeur, en particulier avec les radiations neutroniques.Reconnaissant les limites des compteurs d'erreurs, un gestionnaire d'erreurs est mis en œuvre pour stocker temporairement des informations sur les erreurs détectées. Ces informations sont signalées aux applications via des exceptions, facilitant l'analyse détaillée des erreurs et les réponses. La conception est soigneusement caractérisée et évaluée dans le cadre d'expériences impliquant différents environnements de radiations.L'analyse s'étend aux tests des systèmes d'exploitation et à l'utilisation de techniques de récupération logicielle. En conclusion, la thèse offre une exploration complète des processeurs tolérants aux radiations pour les environnements hostiles, fournissant des informations précieuses et des techniques pour améliorer la fiabilité et les performances du système dans des situations exigeantes
This thesis explores the development and characterization of the HARV processor and its HARV-SoC version, specifically designed for operation in harsh environments. It begins by highlighting the challenges posed by harsh environments, particularly the impact of radiation on electronic devices and systems. The thesis categorizes harsh environments into space, atmospheric, and artificial radiation environments, each with its unique characteristics.In the artificial radiation environments, various experimental facilities are described, which provide different particle spectra, including neutrons, protons, and mixed fields. The thesis delves into the radiation effects on electronic devices, covering cumulative effects like total ionizing dose (TID) and displacement damage (DD), as well as single events leading to errors and system failures.The research introduces the RISC-V Instruction Set Architecture (ISA) as a widely adopted processor architecture known for its regular instruction formatting, cost-effective instruction decoding, and modular flexibility. The thesis emphasizes the importance of reliability in using processors in harsh environments and discusses techniques for error detection and correction, including spatial, temporal, and information redundancy.Acknowledging the increasing use of RISC-V processors in critical applications, the thesis summarizes related work, positioning HARV-SoC in the context of the latest developments. It then delves into the implementation of HARV, the initial version of the processor, emphasizing microarchitecture-level fault tolerance. Register protection using error-correcting codes and triple modular redundancy is highlighted.The work extends to developing an SoC with a multi-cycle architecture, allowing for more complex applications while maintaining essential peripherals. Fault injection simulations are conducted to analyze fault models comprehensively. Observability mechanisms are introduced to prepare HARV-SoC for experiments in particle accelerators, enabling a detailed analysis of errors within the processor, particularly with neutron radiation.Recognizing the limitations of error counters, an error handler is implemented to temporarily store information about detected errors. This information is reported to applications through exceptions, facilitating detailed error analysis and responses. The design is thoroughly characterized and evaluated in experiments involving various radiation environments.The analysis expands to testing operating systems and using software recovery techniques. In conclusion, the thesis comprehensively explores radiation-tolerant processors for harsh environments, providing valuable insights and techniques to enhance system reliability and performance in challenging scenarios

Ce travail traite de la fiabilité des composants électroniques de puissance comme les MOSFETs et les IGBTs affectés par l'Environnement Radiatif Naturel dans lequel ils évoluent. Cette problématique fait, de nos jours, partie intégrante de la fiabilité des composants. Alors qu'elle concernait initialement les composants destinés à travailler en environnement radiatif sévère du type spatial ou aéronautique, l'évolution et la complexité de l'électronique embarquée, qui peuvent interagir avec ce type d'environnement et avoir des effets potentiellement dommageables, nous amène à prendre en compte ces contraintes radiatives comme le cas d'ion lourd. C'est dans ce cadre que nous avons effectué les travaux présentés dans ce mémoire. Des simulations utilisant les outils Synopsis TCAD ont été menés afin de mieux comprendre les mécanismes de défaillances comme le Single Event Burnout (SEB) et le Single Event Latchup (SEL) ainsi que la définition de critères de déclenchement, de comportement et de la sensibilité de différents composants (VDMOS, SJ-MOSFET, IGBT planar et IGBT trench). Ces études nous ont permis de proposer et d'évaluer des solutions de durcissement au niveau de design permettant la désensibilisation contre les phénomènes de déclenchement liés aux structures parasites
This work deals with the reliability of electronic components such as power MOSFETs and IGBTs affected by Radiative Natural Environment. Nowadays, this problem is considered to be part of the component reliability. While it concerned initially with components which work in severe radiation environment for aerospace, the evolution and complexity of embedded electronics that can interact with this environment which have potentially damaging effects lead us to take these radiative constraints into account as the case of heavy ion. From this scope this work was conducted. Simulations were carried out with Synopsys TCAD simulator in order to give a better understanding of the failure mechanisms such as the Single Event Burnout (SEB) or Single Event Latchup and to define the criteria of triggering, the behavior and the sensitivity of different structure (VDMOS, SJ-MOSFET, IGBT planar and IGBT trench). This study allows us to propose and evaluate hardening solutions in design against the triggering phenomena related to the parasites structures

La première partie de ce travail constitue une étude en MET et en EDS de l'évolution des précipités formés par oxydation interne d'un alliage Cu-0,3% Al en fonction de la progression du front d'oxydation provoquée par des traitements thermiques appropriés. L'évolution des précipitations homogènes et hétérogènes a pu être suivie et la composition des précipités a été dans une large mesure identifiée. Au cours de ce travail, les analyses EDX ont montré l'existence de pics qui se sont révélés dus au Coherent Bremsstrahlung. L'importance de ce phénomène, qui peut fausser les analyses nous a conduit à l'étudier séparément dans les alliages précédents, et aussi dans les martensites du même système, montrant que, contrairement à l'opinion généralement admise, ce phénomène peut intervenir dans des alliages de cristallographie complexe et présentant de nombreux défauts

Ignorer les contraintes severes existant sur les circuits integres et systemes electroniques fonctionnant en environnement radiatif - haute atmosphere, espace, nucleaire - peut avoir des consequences inestimables. En effet, les phenomenes lies aux effets ionisants et aux collisions avec des particules (ions lourds, neutrons etc) engendrent des pannes et/ou des reponses erronees dans les circuits electroniques si aucun durcissement n'est mis en uvre. Une premiere approche de prevention des pannes est souvent mise en place au niveau systeme. Elle fait appel a des techniques de redondance. Une autre methode a pour objectif d'ameliorer la fiabilite au niveau technologique par l'utilisation d'un process de fabrication durci aux radiations (tel que le soi). Face aux nouveaux besoins de l'electronique aeronautique et spatiale, non totalement satisfaits par les precedentes solutions, une nouvelle tendance emerge, developpee dans ce travail. Elle consiste a pratiquer le durcissement au niveau de la conception des circuits en conservant une technologie standard. Les convertisseurs a/n flash sont les elements cles dans l'acquisition des donnees a grande vitesse. Des observations ont montre leur forte sensibilite aux effets radiatifs. Dans un premier temps, la methode consiste a partitionner l'architecture du convertisseur en blocs pour en identifier les reponses aux differentes perturbations. Dans une deuxieme etape, le durcissement est mis en uvre en utilisant deux techniques complementaires prenant en compte les contraintes fonctionnelles : une re-configuration de la structure logique et une re-conception de certains blocs individuels. Le travail de validation effectue sur des bascules, et la conception d'un can flash durci ont conduit a proposer un prototype realise dans une technologie standard. Les simulations, jointes a certains tests effectues au sol permettent de demontrer l'amelioration de la securite de fonctionnement apportee par les solutions proposees.

Le faisceau d’électrons (500 keV, 30 kA, 100 ns) produit par le générateur RKA (Relativistic Klystron Amplifier) est utilisé pour étudier des matériaux soumis à des chocs de basse fluence (< 10 cal/cm²). Leur réponse dépend des caractéristiques du faisceau, principalement en termes d’homogénéité spatiale lors de l’impact. Dans ce but, nous avons utilisé des diagnostics électriques et un diagnostic optique basé sur l’émission Cerenkov. Les photons visibles produits sont détectables par des caméras rapides. Nous avons ainsi pu étudier l’homogénéité du faisceau émis dans la diode sous vide en fonction des matériaux utilisés pour la cathode et pour l’anode, mais aussi pu suivre sa propagation dans une enceinte contenant un gaz à basse pression.Chaque partie de l’installation a été optimisée lors de cette thèse. Nous avons constaté qu’une cathode en velours avec des fibres bien ordonnées était le meilleur émetteur. Une anode d’une dizaine de micromètres d’épaisseur permet de diffuser le faisceau avant qu’il n’impacte la cible, améliorant encore son homogénéité. Ces travaux sur la diode ont été complétés par une étude de la propagation du faisceau dans une enceinte remplie d’air ou d’argon à différentes pressions, avec ou sans focalisation produite par un champ magnétique externe. D’après les résultats expérimentaux, un faisceau d’électrons de 400 keV, 4,2 kA peut être propagé, avec un rayon constant, dans 0,7 mbar d’argon. Enfin, pour interpréter les expériences, des simulations ont été réalisées à l’aide du code Monte Carlo Geant4 pour calculer l’interaction du faisceau avec la cible Cerenkov et l’anode. Au niveau de l’émission et du transport du faisceau, le bon accord obtenu avec les prédictions du code PIC Magic permet d’estimer les distributions des électrons par la simulation et d’initialiser correctement les calculs de réponse des matériaux
The electron beam (500 keV, 30 kA, 100 ns) of the RKA (Relativistic Klystron Amplifier) generator is used to study materials under shocks at low fluences (< 10 cal/cm²). Their response depends on the beam characteristics at the impact location, mainly in terms of spatial homogeneity. We have used electrical diagnostics as well as an optical diagnostics where the visible photons produced by Cerenkov emission in a silica target are collected by fast cameras. Beam homogeneity has been studied in the vacuum diode as a function of the materials used for the cathode and the anode. Beam propagation and focusing in a chamber filled with a low-pressure gas has also been investigated.Each part of the installation has been optimized during this work. We found that, among the tested materials, a velvet cathode with well-aligned fibers is the best emitter. An anode of thickness about ten micrometers improves the beam homogeneity by scattering of electrons. Next, we focused on beam propagation and focusing in the chamber. For example, a 400 keV, 4.2 kA electron beam can be propagated at constant radius in argon at 0.7 mbar. We performed simulations with the Monte Carlo code Geant4 in order to compute the beam interaction with the Cerenkov target as well as with the anode. Beam emission and propagation were simulated with the PIC code Magic. The good agreement with the experimental results allows us to estimate the electron distributions at any position along the beam path in order to initialize correctly the computation of the beam-material interaction