Stress électrique post irradiation des transistors MOS de puissance pour les systèmes embarqués spatiaux – PiGS

L’accès au spatial constitue un enjeu stratégique tant du point de vue des applications civiles que militaires. Les procédures de qualification des technologies dédiées aux applications spatiales se révèlent donc un point technique sensible et un levier stratégique certain entre les nations.
En particulier en ce qui concerne l’utilisation de transistors MOS de puissance, les projets spatiaux européens sont lourdement dépendants des filières durcies en provenance des Etats-Unis. Ces composants font en effet l’objet d’une méthode de qualification militaire (MIL-STD-750E) et sont considérés comme faisant partie d’une technologie sensible. Ils sont donc contrôlés en vertu de la réglementation ITAR (International Traffic in Arms Reglementation).
Lorsque les filières Power MOSFETs européennes sont soumises au standard de test américain, ils passent toute les étapes mise à part une seule : le test post-irradiation. Le problème majeur est que cette étape du test, contrairement à toutes les autres, n’est légitimée ni par le dimensionnement de la contrainte ni par des études de fiabilité. Seule raison invoquée, la présence de défauts latents dans l’oxyde de grille après irradiation sans qu’aucune compréhension des mécanismes physiques à l’origine de ces défauts ou même de la dégradation de la durée de vie qu’ils peuvent induire ne soit faite.
Afin d’assurer une base physique au test proposé par la norme américaine, nous avons cherché à comprendre la physique sous-jacente. En particulier, les travaux antérieurs réalisés au laboratoire sont les premiers à avoir mis en évidence ces défauts nanoscopiques et permis d’établir une relation avec le claquage prématuré des composants. Il reste maintenant à déterminer les conditions de création de ces défauts en fonction du type d’ion, de leur énergie, de leur LET et d'en quantifier les effets du point de vue électrique.
Ainsi, basé sur un couplage entre mesures à l’échelle atomique et caractérisations électriques au niveau du composant et s’appuyant sur une compréhension des mécanismes physiques mis en jeu, ce projet permettra in fine de statuer sur la pertinence d’effectuer un stress électrique après irradiation, au cours du processus de qualification du composant pour le spatial.
Le consortium formé autour de ce projet regroupe les principaux acteurs du spatial européens. Cette opportunité permet de prévoir une validation des travaux effectués dans le cadre du projet grâce à une expérience embarquée sur satellite ICARE/ARSAT en orbite géostationnaire. Le pôle de compétences de ce consortium doit permettre d’asseoir la souveraineté de l’Europe dans le domaine du spatial, et ce à partir du dimensionnement de la contrainte réelle ainsi que de la compréhension des mécanismes physiques à l’origine du claquage post-irradiation,