Esse trabalho apresenta um estudo sobre os efeitos de radiação em circuitos analógicos de baixa e ultra baixa potência e tensão, identificando as fragilidades destes circuitos (e das respectivas técnicas de projeto) quando aplicados em ambientes radioativos, como, por exemplo, os circuitos em satélites, e em equipamentos de instalações nucleares. Foram realizados estudos de caso, via simulação elétrica utilizando o software HSPICE, considerando os efeitos de degradação elétrica correspondentes a doses de radiação acumulada de até 500krad(Si), além de eventos singulares considerando circuitos de baixa tensão e potência projetados para a tecnologia IBM (GF) de 130nm. Pôde-se observar que o uso de transistores de óxido mais fino, apesar de afetar negativamente o consumo estático, é recomendado para as aplicações estudadas, devido a menor sensibilidade à radiação. Ainda, foi discutido o aumento dos caminhos de fuga de corrente devido ao uso de layout distribuído. Possibilidades e estratégias de mitigação foram discutidas. Por fim, obteve-se um conjunto de sugestões e informações para auxiliar o projetista de circuitos de baixo consumo a obter soluções robustas à radiação. / This work studies the radiation effects in low-power and ultra-low power analog circuits, identifying the fragility of such circuits (and associated design techniques) when employed in radioactive environments, as for example, in satellites and nuclear facilities. Case studies were carried out using HSPICE software for electrical simulation of cumulative radiation effects, corresponding to doses up to 500krad(Si), as well as for single events simulation. We showed that, the use of thin oxide (core) MOSFETS, though increasing the static consumption, is recommended for the studied applications, because they are less sensitive to radiation. Then, we discussed the increase of current leakage paths by the distributed layout style. Mitigation strategies were also discussed. Finally, we obtained a set of suggestions and information to guide the designers of low power analog circuits towards obtaining radiation robust solutions.

Esse trabalho apresenta um estudo sobre os efeitos de radiação em circuitos analógicos de baixa e ultra baixa potência e tensão, identificando as fragilidades destes circuitos (e das respectivas técnicas de projeto) quando aplicados em ambientes radioativos, como, por exemplo, os circuitos em satélites, e em equipamentos de instalações nucleares. Foram realizados estudos de caso, via simulação elétrica utilizando o software HSPICE, considerando os efeitos de degradação elétrica correspondentes a doses de radiação acumulada de até 500krad(Si), além de eventos singulares considerando circuitos de baixa tensão e potência projetados para a tecnologia IBM (GF) de 130nm. Pôde-se observar que o uso de transistores de óxido mais fino, apesar de afetar negativamente o consumo estático, é recomendado para as aplicações estudadas, devido a menor sensibilidade à radiação. Ainda, foi discutido o aumento dos caminhos de fuga de corrente devido ao uso de layout distribuído. Possibilidades e estratégias de mitigação foram discutidas. Por fim, obteve-se um conjunto de sugestões e informações para auxiliar o projetista de circuitos de baixo consumo a obter soluções robustas à radiação. / This work studies the radiation effects in low-power and ultra-low power analog circuits, identifying the fragility of such circuits (and associated design techniques) when employed in radioactive environments, as for example, in satellites and nuclear facilities. Case studies were carried out using HSPICE software for electrical simulation of cumulative radiation effects, corresponding to doses up to 500krad(Si), as well as for single events simulation. We showed that, the use of thin oxide (core) MOSFETS, though increasing the static consumption, is recommended for the studied applications, because they are less sensitive to radiation. Then, we discussed the increase of current leakage paths by the distributed layout style. Mitigation strategies were also discussed. Finally, we obtained a set of suggestions and information to guide the designers of low power analog circuits towards obtaining radiation robust solutions.

Esse trabalho apresenta um estudo sobre os efeitos de radiação em circuitos analógicos de baixa e ultra baixa potência e tensão, identificando as fragilidades destes circuitos (e das respectivas técnicas de projeto) quando aplicados em ambientes radioativos, como, por exemplo, os circuitos em satélites, e em equipamentos de instalações nucleares. Foram realizados estudos de caso, via simulação elétrica utilizando o software HSPICE, considerando os efeitos de degradação elétrica correspondentes a doses de radiação acumulada de até 500krad(Si), além de eventos singulares considerando circuitos de baixa tensão e potência projetados para a tecnologia IBM (GF) de 130nm. Pôde-se observar que o uso de transistores de óxido mais fino, apesar de afetar negativamente o consumo estático, é recomendado para as aplicações estudadas, devido a menor sensibilidade à radiação. Ainda, foi discutido o aumento dos caminhos de fuga de corrente devido ao uso de layout distribuído. Possibilidades e estratégias de mitigação foram discutidas. Por fim, obteve-se um conjunto de sugestões e informações para auxiliar o projetista de circuitos de baixo consumo a obter soluções robustas à radiação. / This work studies the radiation effects in low-power and ultra-low power analog circuits, identifying the fragility of such circuits (and associated design techniques) when employed in radioactive environments, as for example, in satellites and nuclear facilities. Case studies were carried out using HSPICE software for electrical simulation of cumulative radiation effects, corresponding to doses up to 500krad(Si), as well as for single events simulation. We showed that, the use of thin oxide (core) MOSFETS, though increasing the static consumption, is recommended for the studied applications, because they are less sensitive to radiation. Then, we discussed the increase of current leakage paths by the distributed layout style. Mitigation strategies were also discussed. Finally, we obtained a set of suggestions and information to guide the designers of low power analog circuits towards obtaining radiation robust solutions.

Ce mémoire de thèse traite des effets singuliers produits par les milieux radiatifs sur les capteurs d’images CMOS. Le travail se concentre sur les effets provoqués par les ions lourds sur les capteurs utilisant des pixels 3T à photodiode standard et des pixels 4T et 5T à photodiodes pincées. Dans un premier temps, l’étude se concentre sur l’environnement spatial et l’architecture des capteurs. La comparaison avec la littérature met en évidence les effets les plus critiques sur les capteurs : le SEL et les SET. Les capteurs testés expérimentalement valident les travaux théoriques. Les SET sont comparés aux simulations de l’outil de modélisation STARDUST, et montrent un bon accord pour toutes les puces et les ions. Il est expliqué pourquoi les SET sur les puces 3T sont insensibles aux variations de conception de la photodiode, et pourquoi l’utilisation d’un substrat épitaxié diminue grandement les SET. Une méthode de réduction des SET est implémentée avec succès sur les puces 4T et 5T, et le composant responsable du latchup est identifié. L’ensemble des mécanismes explorés permet de connaitre les paramètres importants pour durcir les imageurs. / This thesis studies the single event effects of space environment in CMOS image sensors (CIS). This work focuses on the effects of heavy ions on 3T standard photodiode pixels, and 4T and 5T pinned photodiode pixels. The first part describes the space radioactive environment and the sensor architecture. The most harmful events (SEL and SETs) are identified thanks to the scientific literature. The experimentally tested sensors agree with the theoretical work. SETs are compared to STARDUST simulations with a good agreement for all ions and sensors. The work explains why the SETs on 3T pixels are insensitive to the various photodiode designs, and they are decreased when an epitaxial substrate is used. A method using anti-blooming was successfully used in 4T and 5T pixels to prevent the spread of the SETs. The mechanism of latchup in 4T pixel sensors is described. All the identified mechanisms are very useful to provide hardening methods for the CISs.

Les composants électroniques utilisés pour des applications spatiales sont soumis à des rayonnements susceptibles de les rendre inopérants. Pour se prémunir de tels effets, leur sensibilité est testée au sol dans des accélérateurs de particules, onéreux et complexes à mettre en œuvre. Ce travail de thèse porte sur l’utilisation d’impulsions laser pour reproduire sous certaines conditions les effets des ions lourds. Le déclenchement de phénomènes parfois destructifs sur plusieurs types de composants de niveaux d’intégration différents a été obtenu sur le banc laser développé pendant cette thèse. Cela ouvre la voix à l’utilisation du laser comme outil de diagnostic en tirant partie de ses avantages en termes d’accessibilité, de coûts et de compréhension fine des effets. / Electronic components used for space applications may exhibit failures under radiation. To prevent uch effects, the radiation sensitivity is evaluated using particle accelerators. Since those facilities are nly few around the world and expensive, complementary tests are needed to analyse radiation ensitivity. This work contributes to the use of laser pulses to reproduce under given conditions the ffects of heavy ions. Using the laser set-up developed during this thesis, single events which may be estructive were triggered on several types of electronic components. This paves the way to the use of aser as a diagnostic tool, given its advantages in terms of accessibility, costs and detailed analysis