Contribution à une approche structurée de la conception des imageurs CMOS en vue de leur durcissement à l'environnement radiatif spatial Goiffon, Vincent 2008-11-28 Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace

Directeur(s) de thèse:  Magnan, Pierre Laboratoire :  Département Electronique, Optronique et Signal (DEOS) Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique et Télécommunications (GEET) Classification : Sciences de l'ingénieur

Accès :  Texte intégral Mots-clés : Capteurs d’image, Imageurs, Effets des radiations, Circuits Intégrés, Environnement radiatif spatial, Capteurs d’image CMOS, CIS, Capteur d’image à pixel actif, APS, Dose ionisante cumulée, Effets de déplacements, Signal télégraphique aléatoire, RTS Résumé : Nous proposons une méthode d’analyse des effets des radiations sur les capteurs d’image CMOS dans le but d’améliorer leur résistance à l’environnement radiatif spatial. Elle consiste à corréler le comportement de structures de test clés à la réponse des capteurs d’image irradiés afin d’identifier les causes des dégradations observées. Cette méthode est appliquée d’une part, aux effets des rayons gamma et d’autre part, aux effets de l’exposition à des flux de protons. L’effet principal de la dose ionisante cumulée déposée par les rayons gamma est une forte augmentation du courant d’obscurité du capteur. L’utilisation de la méthode proposée permet l’identification et la localisation du mécanisme à l’origine du phénomène dans les capteurs d’image étudiés. D’autres effets secondaires, comme des effets de canal étroit induits par l’irradiation (effet RINCE) sont également rapportés. De plus, il est montré que l’augmentation du courant d’obscurité due aux effets de déplacements induits par les protons respecte le facteur de dommage universel de J. R. Srour et que le champ électrique ne joue aucun rôle dans cette dégradation. Il semble également que les distributions de pixels avec un comportement télégraphique aléatoire (RTS) puissent être prédites grâce à un facteur de dommage similaire. Les conséquences de ces travaux sur la conception de futurs imageurs CMOS (en particulier sur les voies de durcissement) sont discutées dans ce manuscrit. Résumé (anglais) : We propose a method to investigate the radiation effects on CMOS image sensors in order to improve their hardness against the space radiation environment. It consists in comparing the behaviors of selected test structures to the irradiated sensor responses for identifying the observed degradation origin. This method is applied to the effects of gamma and proton radiations. The main effect of the Total Ionizing Dose (TID) deposited by the gamma rays is a large increase of dark current. The use of the proposed method allows the identification and the localization of the underlying mechanism in the studied sensors. Other secondary TID effects, such as Radiation Induced Narrow Chanel Effects (RINCE), are also reported. Furthermore, it is shown that the increase of dark current due to the proton induced displacement damage dose is in good agreement with the J.R. Srour universal damage factor. Electric field enhancement effect does not appear to play a role in the observed degradations. It seems that the distribution of pixels exhibiting Random Telegraph Signal (RTS) behaviors can also be predicted with the use of a comparable damage factor. The consequences of this work on the design of CMOS imagers (especially on radiation-hardening-bydesign techniques) are discussed in this manuscript. Langue : Français

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