Optimisation et modélisation de protections intégrées contre les décharges électrostatiques, par l'analyse de la physique mise en jeu PDF Download
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Languages : fr
Pages : 336
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Book Description
Les travaux présentés dans ce mémoire visent à améliorer la méthodologie de conception et les performances des stratégies de protection contre les décharges électrostatiques (ESD) dans les circuits intégrés. Pour cela, l'approche choisie est basée sur une analyse approfondie de la physique des composants soumis aux ESD et plus particulièrement, les effets des très fortes densités de courant. L'étude, focalisée sur les transistors bipolaires autopolarisés, s'appuie sur la simulation physique 2D et l'utilisation des outils de localisation de défaillance basés sur les techniques de stimulation laser. L'analyse physique en résultant a permis d'une part, de définir des règles de dessin universelles pour l'obtention d'une robustesse ESD élevée et d'autre part, de proposer des macro-modèles de type SPICE originaux pour prendre en compte les effets des fortes densités de courant. Enfin, après avoir mis en évidence plusieurs phénomènes limitant les performances des réseaux de protection, nous avons défini une méthodologie de conception améliorée permettant de les prendre en compte et de garantir la performance des solutions de protections fournies aux concepteurs de circuits.
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Languages : fr
Pages : 336
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Les travaux présentés dans ce mémoire visent à améliorer la méthodologie de conception et les performances des stratégies de protection contre les décharges électrostatiques (ESD) dans les circuits intégrés. Pour cela, l'approche choisie est basée sur une analyse approfondie de la physique des composants soumis aux ESD et plus particulièrement, les effets des très fortes densités de courant. L'étude, focalisée sur les transistors bipolaires autopolarisés, s'appuie sur la simulation physique 2D et l'utilisation des outils de localisation de défaillance basés sur les techniques de stimulation laser. L'analyse physique en résultant a permis d'une part, de définir des règles de dessin universelles pour l'obtention d'une robustesse ESD élevée et d'autre part, de proposer des macro-modèles de type SPICE originaux pour prendre en compte les effets des fortes densités de courant. Enfin, après avoir mis en évidence plusieurs phénomènes limitant les performances des réseaux de protection, nous avons défini une méthodologie de conception améliorée permettant de les prendre en compte et de garantir la performance des solutions de protections fournies aux concepteurs de circuits.
Author: Marise Bafleur
Publisher: Elsevier
ISBN: 0081011601
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 286
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Book Description
Failures caused by electrostatic discharges (ESD) constitute a major problem concerning the reliability and robustness of integrated circuits and electronic systems. This book summarizes the many diverse methodologies aimed at ESD protection and shows, through a number of concrete studies, that the best approach in terms of robustness and cost-effectiveness consists of implementing a global strategy of ESD protection. ESD Protection Methodologies begins by exploring the various normalized test techniques that are used to qualify ESD robustness as well as characterization and defect localization methods aimed at implementing corrective measures. Due to the increasing complexity of integrated circuits, it is important to be able to provide a simulation in which the implemented ESD protection strategy provides the desired protection, while not harming the performance levels of the circuit. Therefore, the main features and difficulties related to the different types of simulation, finite element, SPICE-type and behavioral, are then studied. To conclude, several case studies are presented which provide real-life examples of the approaches explained in the previous chapters and validate a number of the strategies from component to system level. - Provides a global ESD protection approach from component to system, including both the proposal of investigation techniques and predictive simulation methodologies - Addresses circuit and system designers as well as failure analysis engineers - Provides the description of specifically developed investigation techniques and the application of the proposed methodologies to real case studies
Author: Nadine Collaert
Publisher: CRC Press
ISBN: 9814364037
Category : Medical
Languages : en
Pages : 444
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Book Description
This book covers one of the most important device architectures that have been widely researched to extend the transistor scaling: FinFET. Starting with theory, the book discusses the advantages and the integration challenges of this device architecture. It addresses in detail the topics such as high-density fin patterning, gate stack design, and source/drain engineering, which have been considered challenges for the integration of FinFETs. The book also addresses circuit-related aspects, including the impact of variability on SRAM design, ESD design, and high-T operation. It discusses a new device concept: the junctionless nanowire FET.
Author: Christelle Delage
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Languages : fr
Pages : 116
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Book Description
Ce mémoire traite de la protection des circuits intégrés contre les décharges électrostatiques (ESD), en technologie BiCMOS de puissance. Notre étude repose essentiellement sur la simulation physique bidimensionnelle et la caractérisation. Les tests industriels ne rendant pas compte du comportement dynamique des structures de protection lors d'une décharge électrostatique , nous avons dû mettre au point un banc de caractérisation impulsionnel, TLP (Transmission Line Pulsing). Deux principaux éléments de protection ESD ont ainsi pu être étudiés : le transistor bipolaire npn autopolarisé est une structure de protection courramment utilisée en technologie BiCMOS. Grâce à la simulation physique, nous expliquons son mode de défaillance et nous étudions l'effet de certains paramètres technologiques sur ses performances. Les résultats de simulation sont confrontés aux mesures expérimentales et à l'analyse de défaillance. L'efficacité de cette structure de protection est ensuite démontrée sur la sortie d'un inverseur CMOS. Le thyristor apparaît comme une structure de protection très robuste mais délicate à utiliser. Pour répondre à la spécification très sévère d'une application de l'électronique automobile, nous avons conçu une nouvelle structure de protection, le MILSCR (MIrrored Lateral SCR). La simulation physique nous a permis de comprendre son mode de défaillance et de l'optimiser pour l'application considérée. Les résultats expérimentaux démontrent sa grande efficacité à protéger contre les deux polarités de décharge électrostatique. Nous proposons enfin une méthodologie de conception des structures de protection ESD.
Author: Marise Bafleur
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1784053260
Category : Electric action of points
Languages : fr
Pages : 281
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Les défaillances induites par les décharges électrostatiques (ESD) constituent un problème majeur de fiabilité et de robustesse des circuits intégrés et des systèmes électroniques. Dans certaines applications comme celles de l’automobile, ce pourcentage peut être proche de 20 %. Les problèmes de défaillance catastrophiques induits par des décharges électrostatiques n’ont commencé à être sérieusement pris en compte qu’avec l’avènement des technologies microélectroniques et la large diffusion de leurs applications dans notre vie quotidienne. Cet ouvrage examine les diverses méthodologies de protection ESD et montre par le biais de cas concrets que la meilleure approche en termes de robustesse et de coût consiste à mettre en oeuvre une stratégie globale de protection ESD. Cette approche est déclinée du composant au système pour proposer des techniques d’investigation et des méthodologies de simulation prédictive associées, validées sur différents cas d’étude.
Author: Fabien Escudié
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Languages : fr
Pages : 187
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Les événements transitoires de forte puissance (EFT - Electrical Fast Transient) sont l'une des préoccupations des concepteurs de systèmes embarqués. Ils peuvent conduire au dysfonctionnement du système et sont à l'origine d'un grand nombre de défaillances matérielles et fonctionnelles. Notre étude est principalement portée sur l'impact des décharges électrostatique (ESD - Electro Static Discharge) sur l'électronique embarquée dans un véhicule. D'après une étude de Renault, un véhicule peut subir deux décharges par jour durant sa vie. Les ingénieurs systèmes ne disposent pas de moyen pour prédire l'impact de ces décharges dans les systèmes, et les solutions actuelles sont essentiellement basées sur l'expérience. Afin de prédire le chemin d'un ESD dans tout le système électronique et la stratégie de protection à adopter pour protéger les composants les plus sensibles, des recherches dans le monde entier sont en cours. Les travaux de recherche du groupe ESE du LAAS-CNRS ont mené à des méthodologies de modélisation de composant passif, de circuit intégré et de carte électronique en VHDL-AMS. Les circuits intégrés sont dotés d'un réseau de protection ESD interne qui permet de détourner le stress des zones critiques. La méthodologie développée au cours des précédentes années permet de modéliser le comportement de ce réseau de protection. Cependant, ces modèles sont rudimentaires, ils décrivent uniquement le niveau de déclenchement de la protection et son impédance quasi-statique en fonction du niveau de stress ESD. Aucune information sur le comportement transitoire de la protection n'est décrite dans le modèle. Il est donc difficile de prévoir certaines défaillances liées aux phénomènes transitoires de déclenchement des protections faisant apparaitre de très fortes surtensions ou des niveaux de courant mal évalués. Les différents aspects abordés durant cette thèse permettent de résoudre ces problèmes en proposant des modèles dynamiques, et différentes méthodes pour pouvoir extraire les paramètres des modèles.[...].
Author: Bertrand Courivaud
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Languages : fr
Pages : 162
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Le cadre de cette étude se focalise sur le développement de protections contre les décharges électrostatiques (ESD) externes aux composants électroniques à protéger. Pour des raisons applicatives, ou l'encombrement devient une préoccupation majeure, ces protections ESD doivent répondre à des contraintes de taille toujours plus difficiles à satisfaire tout en gardant les mêmes performances en robustesse. Ce travail présente un nouveau concept de structure de protection ESD bidirectionnel basé sur une technologie industrielle originellement dédié à la réalisation de capacités à haute densité d'intégration. Le procédé technologique possède une étape de fabrication de tranchées profonde qui est mise à profit dans cette étude pour la réalisation de diodes tridimensionnelles. L'optimisation de la configuration de ces structure a été menée par une étude théorique à l'aide des outils de simulation TCAD afin de mieux appréhender le fonctionnement physique et d'apporter des règles de conception. De nombreux résultats expérimentaux sont présentés et des comparaisons seront également menées afin de quantifier l'apport de cette nouvelle technologie. La meilleure configuration permet de garantir une réduction de 25% de la taille des structures tout en garantissant un niveau de robustesse élevé.
Author: FRANCOIS.. TAILLIET
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Languages : fr
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LA PROTECTION DES CIRCUITS INTEGRES CONTRE LES DECHARGES ELECTROSTATIQUES EST ASSUREE PAR DES COMPOSANTS SPECIAUX INCORPORES. SONT DECRITES LES DIVERSES SOURCES D'ESD ET LES PROCEDURES DE TEST DESTINEES A LES REPRODUIRE. UN CATALOGUE DES PROTECTIONS TYPIQUES DE 1985 MONTRE LA FAIBLESSE DE L'ETAT DE L'ART, COMME LE CONFIRMENT LES METHODES D'ANALYSE DE DEFAUTS. LA CONCEPTION DE STRUCTURES ESD ETAIT ALORS EMPIRIQUE ET ABOUTISSAIT A DES RESULTATS IRREGULIERS. ON PRESENTE ICI UNE APPROCHE PLUS SCIENTIFIQUE. EST ETUDIE LE COMPORTEMENT TRANSITOIRE DE LA JONCTION P-N ET DU BIPOLAIRE LATERAL N-P-N. UN PROGRAMME DE SIMULATION A ETE DEVELOPPE SPECIALEMENT POUR MODELISER LA MISE EN CONDUCTION DE LA DIODE. LES RESULTATS, EN BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE, SONT EXTRAPOLES AU N-P-N. LA THEORIE A PERMIS DE DEVELOPPER DE NOUVELLES STRUCTURES DE PROTECTION ET D'AMELIORER LES EXISTANTES. CECI S'APPLIQUE AUX ENTREES, AUX SORTIES ET AUX ALIMENTATIONS. CES COMPOSANTS, ADAPTES AUX SPECIFICATIONS DES CIRCUITS, N'ONT MAINTENANT RIEN A ENVIER A LEURS HOMOLOGUES DISCRETS
Author: Thomas Benoist
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans l'industrie de la micro-électronique, les efforts à fournir pour les nouvelles applications développées deviennent de plus en plus contraignants et difficiles à supporter en terme de coût. Les agressions provenant des décharges électrostatiques (ESD) générées par l'environnement direct sur les puces constituent un facteur important de la chute de rendement et donc des coûts. Ces difficultés s'ajoutent aux limites physiques plus strictes pour fabriquer des transistors lorsque l'on aborde des échelles nanométriques. La technologie Silicium sur Isolant (SOI) a été développée afin de contourner cette difficulté, mais l'intégration des protections ESD limite son émergence du fait de la complexité de la mise au point et du développement d'un réseau de protection pour la puce.L'objectif annoncé de ce travail de recherche, effectué en collaboration entre STMicroelectronics le CEA et l'IMEP est d'évaluer les caractéristiques principales de la technologie pour la protection contre les décharges et de proposer une stratégie innovante de protection adaptée au SOI. En effet, à partir de résultats expérimentaux, nous avons pu constater que l'oxyde enterré, le BOX, limite les performances en robustesse et diminue la fenêtre de conception pour le déclenchement des protections. Pour y remédier, une structure commandée bidirectionnelle a été développée sur PDSOI afin de faciliter la dissipation thermique et améliorer la robustesse. Pour prolonger cette solution sur technologie FDSOI, une étude approfondie sur le thyristor afin a été menée afin de porter cette solution. L'analyse de simulation 3D et de résultats silicium ont permis de proposer une stratégie de protections innovantes pour le thyristor sur FDSOI.
Author: Marianne Amemagne Diatta
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Languages : fr
Pages : 178
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Book Description
La sensibilité des composants vis-à-vis des décharges électrostatiques (ESD) reste d'actualité avec la réduction des dimensions technologiques. En effet, les développements industriels et la sévérité de l'environnement subi par les applications électroniques qui sont devenues de plus en plus portatives mènent aujourd'hui au durcissement des conditions de fiabilité requises par les clients. Des spécifications initialement limitées aux systèmes électroniques se voient désormais étendues aux circuits intégrés pour atteindre les composants discrets. Afin de garantir d'excellents niveaux de fiabilité ESD notamment en répétitif, la méthodologie qui a été mise en œuvre consiste à comprendre des mécanismes de dégradation en ESD répétitives à travers les moyens de caractérisation physique, électrique et de simulation électrothermique. En effet, une nouvelle spécification client exige non seulement une immunité ESD de 15 kV pour une norme de type IEC 61000-4-2 mais aussi réclame une garantie de la non dégradation de ses fonctionnalités suite à la répétition de 1000 décharges de 15 kV sur le circuit intégré. Ainsi, la diode bidirectionnelle très souvent localisée en entrée et en sortie des circuits intégrés et permettant ainsi d'assurer leur protection vis-à-vis des décharges électrostatiques (ESD) pouvant surgir durant la durée de vie du système constitue le composant à la base de notre étude. Les investigations physiques de la défaillance ont permis de redessiner le scénario de dégradation en définissant la nature du défaut et sa génération, d'origine structurale pour ainsi décrire son évolution jusqu'à la défaillance. Associer la simulation électrothermique aux résultats expérimentaux permet de confirmer des phénomènes physiques tels que les phénomènes d'électro-thermo-migration surgissant durant une ESD. A l'issue de ces analyses, l'optimisation de la fiabilité de la diode en endurance est confirmée grâce à la suppression du défaut initial par l'amélioration du processus de fabrication.
