Este trabalho aborda um sistema de aquisição de dados (SAD) analógico-digital, baseado em um esquema redundante com diversidade de projeto, que é testado em dois ambientes diferentes de radiação. O primeiro experimento considera um teste de dose total ionizante (Total Ioninzig Dose - TID) sob irradiação gama, e o segundo experimento considera os efeitos de eventos singulares (Single Event Effects - SEE) sob irradiação por íons pesados. O SAD é composto, principalmente, por três conversores analógicos-digitais (ADCs) e dois votadores. A técnica usada é a Redundância Modular Tripla (Triple Modular Redundancy - TMR), com implementação em diferentes níveis de diversidade (temporal e arquitetural). O sistema é construído em um System-on-Chip programável (PSoC 5LP) da Cypress Semiconductor, fabricado em tecnologia CMOS de 130nm. Para a irradiação com TID, se utiliza o PSoC de part number CY8CKIT-050 sob uma fonte de radiação gama de 60Co (cobalto-60), com uma taxa de dose efetiva de 1 krad(Si)/h por 10 dias, atingindo uma dose total de 242 krad(Si) Para SEE se utiliza o protótipo PSoC de part number CY8CKIT-059 (sem encapsulamento) em um acelerador de partículas 8UD Pelletron usando 16O (oxigeno-16) ao vácuo, com energia de 36 MeV em um LET aproximado de 5.5 MeV/mg/cm2 e uma penetração no silício de 25 mm, resultando em um fluxo de 354 p/cm2.s, e uma fluência de 5077915 p/cm2 depois de 14755 segundos (4h 09min). Observou-se com o resultado do primeiro estudo que um (1) dos módulos do sistema apresentou uma degradação significativa na sua linearidade durante a irradiação, enquanto os outros tiveram uma degradação menos grave, mantendo assim a funcionalidade e confiabilidade do sistema. Durante o tempo de irradiação do segundo estudo, foram observadas 139 falhas: 53 SEFIs (Single Events Funtional Interrupt), 29 falhas críticas e 57 falhas SDC (Silent Data Corruption), atingindo as diferentes copias do sistema e um dos votadores do mesmo, mas sempre mantendo a saída esperada. Nos dois experimentos se evidencia a vantagem de usar a diversidade de projeto, além do TMR, para melhorar a resiliência e confiabilidade em sistemas críticos redundantes que trabalham com sinais mistos. / This work presents an analog-to-digital data acquisition system (DAS) based on a redundant scheme with design diversity, being tested in two different radiation environments. The first experiment is a Total Ionizing Dose (TID) essay and the second one considers Single Event Effects (SEE) under heavy ion irradiation. The DAS is mainly composed of three analog-todigital converters (ADCs) and two voters. The used technique was the Triple Modular Redundancy (TMR) implementing different levels of diversity (temporal and architectural). The circuit was built in a programmable System-on-Chip (PSoC 5LP) from Cypress Semiconductor, fabricated in a 130nm CMOS technology process. For the irradiation with TID the part number CY8CKIT-050 PSoC was used under a 60Co (cobalt-60) gamma radiation source, with an effective dose rate of 1 krad(Si)/h during 10 days, reaching a total dose of 242 krad(Si). For SEE experiments the part number CY8CKIT-059 (without encapsulation) PSoC prototype under a 8UD Pelletron particle accelerator using 16O (oxigen-16) under vacuum, with an energy of 36 MeV, resulting in a flux of 354p/cm2.s and a fluence of 5077915p/cm2 after 14755 seconds (4h 09min). As result of the first study it was observed that one of the system’s modules presented a significant degradation in its linearity during the irradiation, while degradations in the other modules were not as deep, maintaining the system’s functionality and reliability. During the period of the radiation of the second study, 139 faults were observed, 82 of them were critical and 57 were SDC (Silent Data Corruption), reaching the different system copies and one of the voters, while always maintaining the correct output. The advantage of using diversity, besides TMR, to improve resilience and reliability in redundant systems working with mixed signals was demonstrated in both experiments.

Este trabalho estuda os efeitos da radiação em dispositivos analógicos programáveis (FPAAs, do inglês, Field Programmable Analog Arrays) e técnicas de proteção que podem ser aplicadas para mitigar tais efeitos. Circuitos operando no espaço ou em altitudes elevadas, como, por exemplo, em satélites e aeronaves, recebem doses de radiação e impacto de íons e outras partículas que, dependendo da altitude e de características do próprio circuito, podem afetar o seu correto funcionamento. Os FPAAs proporcionam características interessantes aos sistemas analógicos e de sinal misto, como a prototipação rápida e a possibilidade de reconfiguração dinâmica (permitindo a implementação de sistemas de instrumentação e controle adaptativos). Assim, os FPAAs podem ser atrativos aos projetistas de sistemas de aplicação espacial, uma vez que a utilização de componentes comerciais, (COTS - do inglês, Commercial Off-The-Shelf), é uma alternativa para redução de custos do sistema final. Por isso, é necessário classificar estes dispositivos segundo o nível de tolerância à radiação e desenvolver técnicas de proteção contra seus efeitos. Essencialmente, é possível dividir os efeitos da radiação em dois principais grupos: efeitos de dose total ionizante ou TID (do inglês, Total Ionizing Dose) e os eventos singulares (Single Event Effects ou SEEs). Os dois principais eventos singulares que podem perturbar os FPAAs são investigados: os SETs (Single Event Transients) e os SEUs (Single Event Upsets). Os SETs podem gerar pulsos transientes em determinados nós do circuito, e, quando atingem o inversor de controle das portas de transmissão dos bancos de capacitores do dispositivo, podem ocasionar uma redistribuição de carga entre os capacitores do banco, afetando temporariamente o sinal que trafega pelo FPAA. Tais efeitos foram investigados através de simulações spice. Já os SEUs podem afetar os FPAAs que são baseados em memória do tipo SRAM. Para investigar tais efeitos foram realizados experimentos de injeção de falhas do tipo bit-flip (inversão de bit) no bitstream de programação de um FPAA baseado neste tipo de memória. Os experimentos mostraram que a inversão de um único bit pode ser catastrófica para o funcionamento do sistema. Posteriormente, um esquema self-checking (autoverificável) baseado em redundância foi proposto. Tal esquema foi construído com os recursos programáveis do FPAA e é capaz de recuperar os dados originais de programação do dispositivo se um erro for detectado. A capacidade do esquema proposto de detectar desvios funcionais no bloco sob teste e sua confiabilidade quando os seus próprios blocos são afetados por inversão de bits de memória, foram investigadas. Finalmente, os efeitos de dose total sobre dispositivos programáveis foram investigados através de um experimento prático, no qual um FPAA comercial foi bombardeado por radiação gama proveniente de uma fonte de Cobalto-60. Os resultados experimentais mostraramm que as chaves analógicas, que proporcionam a programabilidade do dispositivo, e seus circuitos de controle são os principais responsáveis por degradar o sinal processado pelo FPAA quando determinados níveis de dose total acumulada são atingidos. / In this work the radiation effects on Field Programmable Analog Arrays (FPAAs) are studied and mitigation techniques are proposed. The main effects induced by radiation sources in electronic circuits operating in space and at high altitudes are SEU (Single Event Upset), SET (Single Event Transient) and TID (Total Ionizing Dose). FPAAs are programmable analog circuits that provide design flexibility and some interesting features for applications such as adaptive control and instrumentation and evolvable analog hardware. These features can be very useful in avionics and space applications, where the system environmental variables can vary significantly in few minutes, being necessary to re-calibrate the sensor conditioning circuits to correct errors or improve system performance, for example. Since the use of commercial off-the-shelf (COTS) components may reduce systems costs in such critical applications, it is very important to develop system-level mitigation techniques (to radiation effects), aiming the increasing of the reliability of commercial available devices (including FPAAs). Some FPAA models are based on SRAM memory cells, which make this kind of device vulnerable to SEU when employed in applications susceptible to radiation incidence. An SEU can affect the programming memory of the FPAA and change the device configuration, modifying the analog circuit behavior. In this work, fault injection experiments were performed in order to investigate the effects of SEU in a commercial FPAA by injecting bit-flips in the FPAA programming bitstream. Then, a self-checking scheme was proposed. This scheme, which is built with the FPAA available programming resources, is able to restore the original programming data if an error is detected. Fault injection was also performed to investigate the reliability of the checker when the bitstream section which controls its own blocks is corrupted due to an SEU. Results indicated a very low aliasing probability due to single faults in the checker (0.24%). Effects of SET were also studied, considering the disturbance of the switches (transmission gates) of the FPAA programmable capacitor banks. Spice simulations showed that transient pulses in the control circuit of the switches may lead to charge redistribution between the capacitors of the bank, affecting the voltage and current of the involved nodes. Finally, total ionizing dose (TID) effects were investigated by means of an irradiation experiment. In such experiment the FPAA was exposed to Cobalt-60 gamma radiation. The experimental results showed that the analog switches of the device as well as their control circuits are the main responsible for degradating the processed signal when certain radiation levels were achieved.

Este trabalho aborda um sistema de aquisição de dados (SAD) analógico-digital, baseado em um esquema redundante com diversidade de projeto, que é testado em dois ambientes diferentes de radiação. O primeiro experimento considera um teste de dose total ionizante (Total Ioninzig Dose - TID) sob irradiação gama, e o segundo experimento considera os efeitos de eventos singulares (Single Event Effects - SEE) sob irradiação por íons pesados. O SAD é composto, principalmente, por três conversores analógicos-digitais (ADCs) e dois votadores. A técnica usada é a Redundância Modular Tripla (Triple Modular Redundancy - TMR), com implementação em diferentes níveis de diversidade (temporal e arquitetural). O sistema é construído em um System-on-Chip programável (PSoC 5LP) da Cypress Semiconductor, fabricado em tecnologia CMOS de 130nm. Para a irradiação com TID, se utiliza o PSoC de part number CY8CKIT-050 sob uma fonte de radiação gama de 60Co (cobalto-60), com uma taxa de dose efetiva de 1 krad(Si)/h por 10 dias, atingindo uma dose total de 242 krad(Si) Para SEE se utiliza o protótipo PSoC de part number CY8CKIT-059 (sem encapsulamento) em um acelerador de partículas 8UD Pelletron usando 16O (oxigeno-16) ao vácuo, com energia de 36 MeV em um LET aproximado de 5.5 MeV/mg/cm2 e uma penetração no silício de 25 mm, resultando em um fluxo de 354 p/cm2.s, e uma fluência de 5077915 p/cm2 depois de 14755 segundos (4h 09min). Observou-se com o resultado do primeiro estudo que um (1) dos módulos do sistema apresentou uma degradação significativa na sua linearidade durante a irradiação, enquanto os outros tiveram uma degradação menos grave, mantendo assim a funcionalidade e confiabilidade do sistema. Durante o tempo de irradiação do segundo estudo, foram observadas 139 falhas: 53 SEFIs (Single Events Funtional Interrupt), 29 falhas críticas e 57 falhas SDC (Silent Data Corruption), atingindo as diferentes copias do sistema e um dos votadores do mesmo, mas sempre mantendo a saída esperada. Nos dois experimentos se evidencia a vantagem de usar a diversidade de projeto, além do TMR, para melhorar a resiliência e confiabilidade em sistemas críticos redundantes que trabalham com sinais mistos. / This work presents an analog-to-digital data acquisition system (DAS) based on a redundant scheme with design diversity, being tested in two different radiation environments. The first experiment is a Total Ionizing Dose (TID) essay and the second one considers Single Event Effects (SEE) under heavy ion irradiation. The DAS is mainly composed of three analog-todigital converters (ADCs) and two voters. The used technique was the Triple Modular Redundancy (TMR) implementing different levels of diversity (temporal and architectural). The circuit was built in a programmable System-on-Chip (PSoC 5LP) from Cypress Semiconductor, fabricated in a 130nm CMOS technology process. For the irradiation with TID the part number CY8CKIT-050 PSoC was used under a 60Co (cobalt-60) gamma radiation source, with an effective dose rate of 1 krad(Si)/h during 10 days, reaching a total dose of 242 krad(Si). For SEE experiments the part number CY8CKIT-059 (without encapsulation) PSoC prototype under a 8UD Pelletron particle accelerator using 16O (oxigen-16) under vacuum, with an energy of 36 MeV, resulting in a flux of 354p/cm2.s and a fluence of 5077915p/cm2 after 14755 seconds (4h 09min). As result of the first study it was observed that one of the system’s modules presented a significant degradation in its linearity during the irradiation, while degradations in the other modules were not as deep, maintaining the system’s functionality and reliability. During the period of the radiation of the second study, 139 faults were observed, 82 of them were critical and 57 were SDC (Silent Data Corruption), reaching the different system copies and one of the voters, while always maintaining the correct output. The advantage of using diversity, besides TMR, to improve resilience and reliability in redundant systems working with mixed signals was demonstrated in both experiments.

A utilização de técnicas de tolerância a falhas em software é uma forma de baixo custo para proteger processadores contra soft errors. Contudo, elas causam aumento no tempo de execução e utilização de memória. Em consequência disso, o consumo de energia também aumenta. Sistemas que operam com restrição de tempo ou energia podem ficar impossibilitados de utilizar tais técnicas. Por esse motivo, este trabalho propoe técnicas de tolerância a falhas em software com custos no desempenho e memória reduzidos e cobertura de falhas similar a técnicas presentes na literatura. Como detecção é menos custoso que correção, este trabalho foca em técnicas de detecção. Primeiramente, um conjunto de técnicas de dados baseadas em regras de generalização, chamada VAR, é apresentada. As técnicas são baseadas nesse conjunto generalizado de regras para permitir uma investigação exaustiva, em termos de confiabilidade e custos, de diferentes variações de técnicas. As regras definem como a técnica duplica o código e insere verificadores. Cada técnica usa um diferente conjunto de regras. Então, uma técnica de controle, chamada SETA, é introduzida. Comparando SETA com uma técnica estado-da-arte, SETA é 11.0% mais rápida e ocupa 10.3% menos posições de memória. As técnicas de dados mais promissoras são combinadas com a técnica de controle com o objetivo de proteger tanto os dados quanto o fluxo de controle da aplicação alvo. Para reduzir ainda mais os custos, métodos para aplicar seletivamente as técnicas propostas foram desenvolvidos. Para técnica de dados, em vez de proteger todos os registradores, somente um conjunto de registradores selecionados é protegido. O conjunto é selecionado com base em uma métrica que analisa o código e classifica os registradores por sua criticalidade. Para técnicas de controle, há duas abordagens: (1) remover verificadores de blocos básicos, e (2) seletivamente proteger blocos básicos. As técnicas e suas versões seletivas são avaliadas em termos de tempo de execução, tamanho do código, cobertura de falhas, e o Mean Work to Failure (MWTF), o qual é uma métrica que mede o compromisso entre cobertura de falhas e tempo de execução. Resultados mostram redução dos custos sem diminuição da cobertura de falhas, e para uma pequena redução na cobertura de falhas foi possível significativamente reduzir os custos. Por fim, uma vez que a avaliação de todas as possíveis combinações utilizando métodos seletivos toma muito tempo, este trabalho utiliza um método para extrapolar os resultados obtidos por simulação com o objetivo de encontrar os melhores parâmetros para a proteção seletiva e combinada de técnicas de dados e de controle que melhorem o compromisso entre confiabilidade e custos. / Software-based fault tolerance techniques are a low-cost way to protect processors against soft errors. However, they introduce significant overheads to the execution time and code size, which consequently increases the energy consumption. System operation with time or energy restrictions may not be able to make use of these techniques. For this reason, this work proposes software-based fault tolerance techniques with lower overheads and similar fault coverage to state-of-the-art software techniques. Once detection is less costly than correction, the work focuses on software-based detection techniques. Firstly, a set of data-flow techniques called VAR is proposed. The techniques are based on general building rules to allow an exhaustive assessment, in terms of reliability and overheads, of different technique variations. The rules define how the technique duplicates the code and insert checkers. Each technique uses a different set of rules. Then, a control-flow technique called SETA (Software-only Error-detection Technique using Assertions) is introduced. Comparing SETA with a state-of-the-art technique, SETA is 11.0% faster and occupies 10.3% fewer memory positions. The most promising data-flow techniques are combined with the control-flow technique in order to protect both dataflow and control-flow of the target application. To go even further with the reduction of the overheads, methods to selective apply the proposed software techniques have been developed. For the data-flow techniques, instead of protecting all registers, only a set of selected registers is protected. The set is selected based on a metric that analyzes the code and rank the registers by their criticality. For the control-flow technique, two approaches are taken: (1) removing checkers from basic blocks: all the basic blocks are protected by SETA, but only selected basic blocks have checkers inserted, and (2) selectively protecting basic blocks: only a set of basic blocks is protected. The techniques and their selective versions are evaluated in terms of execution time, code size, fault coverage, and Mean Work To Failure (MWTF), which is a metric to measure the trade-off between fault coverage and execution time. Results show that was possible to reduce the overheads without affecting the fault coverage, and for a small reduction in the fault coverage it was possible to significantly reduce the overheads. Lastly, since the evaluation of all the possible combinations for selective hardening of every application takes too much time, this work uses a method to extrapolate the results obtained by simulation in order to find the parameters for the selective combination of data and control-flow techniques that are probably the best candidates to improve the trade-off between reliability and overheads.

Este trabalho estuda os efeitos da radiação em dispositivos analógicos programáveis (FPAAs, do inglês, Field Programmable Analog Arrays) e técnicas de proteção que podem ser aplicadas para mitigar tais efeitos. Circuitos operando no espaço ou em altitudes elevadas, como, por exemplo, em satélites e aeronaves, recebem doses de radiação e impacto de íons e outras partículas que, dependendo da altitude e de características do próprio circuito, podem afetar o seu correto funcionamento. Os FPAAs proporcionam características interessantes aos sistemas analógicos e de sinal misto, como a prototipação rápida e a possibilidade de reconfiguração dinâmica (permitindo a implementação de sistemas de instrumentação e controle adaptativos). Assim, os FPAAs podem ser atrativos aos projetistas de sistemas de aplicação espacial, uma vez que a utilização de componentes comerciais, (COTS - do inglês, Commercial Off-The-Shelf), é uma alternativa para redução de custos do sistema final. Por isso, é necessário classificar estes dispositivos segundo o nível de tolerância à radiação e desenvolver técnicas de proteção contra seus efeitos. Essencialmente, é possível dividir os efeitos da radiação em dois principais grupos: efeitos de dose total ionizante ou TID (do inglês, Total Ionizing Dose) e os eventos singulares (Single Event Effects ou SEEs). Os dois principais eventos singulares que podem perturbar os FPAAs são investigados: os SETs (Single Event Transients) e os SEUs (Single Event Upsets). Os SETs podem gerar pulsos transientes em determinados nós do circuito, e, quando atingem o inversor de controle das portas de transmissão dos bancos de capacitores do dispositivo, podem ocasionar uma redistribuição de carga entre os capacitores do banco, afetando temporariamente o sinal que trafega pelo FPAA. Tais efeitos foram investigados através de simulações spice. Já os SEUs podem afetar os FPAAs que são baseados em memória do tipo SRAM. Para investigar tais efeitos foram realizados experimentos de injeção de falhas do tipo bit-flip (inversão de bit) no bitstream de programação de um FPAA baseado neste tipo de memória. Os experimentos mostraram que a inversão de um único bit pode ser catastrófica para o funcionamento do sistema. Posteriormente, um esquema self-checking (autoverificável) baseado em redundância foi proposto. Tal esquema foi construído com os recursos programáveis do FPAA e é capaz de recuperar os dados originais de programação do dispositivo se um erro for detectado. A capacidade do esquema proposto de detectar desvios funcionais no bloco sob teste e sua confiabilidade quando os seus próprios blocos são afetados por inversão de bits de memória, foram investigadas. Finalmente, os efeitos de dose total sobre dispositivos programáveis foram investigados através de um experimento prático, no qual um FPAA comercial foi bombardeado por radiação gama proveniente de uma fonte de Cobalto-60. Os resultados experimentais mostraramm que as chaves analógicas, que proporcionam a programabilidade do dispositivo, e seus circuitos de controle são os principais responsáveis por degradar o sinal processado pelo FPAA quando determinados níveis de dose total acumulada são atingidos. / In this work the radiation effects on Field Programmable Analog Arrays (FPAAs) are studied and mitigation techniques are proposed. The main effects induced by radiation sources in electronic circuits operating in space and at high altitudes are SEU (Single Event Upset), SET (Single Event Transient) and TID (Total Ionizing Dose). FPAAs are programmable analog circuits that provide design flexibility and some interesting features for applications such as adaptive control and instrumentation and evolvable analog hardware. These features can be very useful in avionics and space applications, where the system environmental variables can vary significantly in few minutes, being necessary to re-calibrate the sensor conditioning circuits to correct errors or improve system performance, for example. Since the use of commercial off-the-shelf (COTS) components may reduce systems costs in such critical applications, it is very important to develop system-level mitigation techniques (to radiation effects), aiming the increasing of the reliability of commercial available devices (including FPAAs). Some FPAA models are based on SRAM memory cells, which make this kind of device vulnerable to SEU when employed in applications susceptible to radiation incidence. An SEU can affect the programming memory of the FPAA and change the device configuration, modifying the analog circuit behavior. In this work, fault injection experiments were performed in order to investigate the effects of SEU in a commercial FPAA by injecting bit-flips in the FPAA programming bitstream. Then, a self-checking scheme was proposed. This scheme, which is built with the FPAA available programming resources, is able to restore the original programming data if an error is detected. Fault injection was also performed to investigate the reliability of the checker when the bitstream section which controls its own blocks is corrupted due to an SEU. Results indicated a very low aliasing probability due to single faults in the checker (0.24%). Effects of SET were also studied, considering the disturbance of the switches (transmission gates) of the FPAA programmable capacitor banks. Spice simulations showed that transient pulses in the control circuit of the switches may lead to charge redistribution between the capacitors of the bank, affecting the voltage and current of the involved nodes. Finally, total ionizing dose (TID) effects were investigated by means of an irradiation experiment. In such experiment the FPAA was exposed to Cobalt-60 gamma radiation. The experimental results showed that the analog switches of the device as well as their control circuits are the main responsible for degradating the processed signal when certain radiation levels were achieved.

This report briefly describes the special requirements for a computer board for use in space. In particular, component selection and ways of mitigating the soft and hard errors are discussed. Furthermore, one implementation for a low-cost, relatively high performance computer that will work in the harsh space environment is presented. The report is primarily intended for those familiar with digital design, who need an introduction to construction of space or other high-reliability hardware. As the quality (resolution) of imagers, spectrometers and other data sources in scientific satellite payloads is increasing, there is also an increasing demand for more processing power in order to compress or in other way process the data before transmitting it on the limited bandwidth microwave downlink to Earth. Scientific instruments are usually mission specific and have rather low budget, so there is a need for a powerful computer board that can be used for a number of missions in order to keep the engineering costs down.

Les particules de l'environnement radiatif naturel sont responsables de dysfonctionnements dans les systèmes électroniques. Dans le cas d'applications critiques nécessitant une très haute fiabilité, il est primordial de répondre aux impératifs de sûreté de fonctionnement. Pour s'en assurer et, le cas échéant, dimensionner les protections de manière adéquate, il est nécessaire de disposer d'outils permettant d'évaluer la sensibilité de l'électronique vis-à-vis de ces perturbations.L'objectif de ce travail est le développement d'outils à destination des ingénieurs pour la prédiction des aléas logiques induits par les radiations dans les mémoires SRAM. Dans un premier temps, des bases de données de réactions nucléaires sont construites à l'aide du code de simulation Geant4. Ces bases de données sont ensuite utilisées par un outil Monte-Carlo dont les prédictions sont comparées avec des résultats d'irradiations que nous avons effectuées sur des mémoires SRAM en technologie 90 et 65 nm. Enfin, des critères simplifiés reposant sur une amélioration de la méthode SIMPA nous permettent de proposer un outil d'ingénieur pour la prédiction de la sensibilité aux protons ou aux neutrons à partir des données expérimentales ions lourds. Cette méthode est validée sur des technologies de SRAM très largement submicroniques et permet l'estimation des évènements multiples, une problématique croissante pour les applications spatiales, avioniques et terrestres. / Particles from natural radiation environment can cause malfunctions in electronic systems. In the case of critical applications involving a very high reliability, it is crucial to fulfill the requirements of dependability. To ensure this and, if necessary, to adequately design mitigations, it is important to get tools for the sensitivity assessment of electronics towards radiations.The purpose of this work is the development of prediction tools for radiation-induced soft errors, which are primarily intended for end users. In a first step, the nuclear reaction databases were built using the Geant4 toolkit. These databases were then used by a pre-existing Monte-Carlo tool which predictions were compared with experimental results performed on 90 and 65 nm SRAM devices. Finally, simplified criteria enabled us to propose an engineering tool for the prediction of the proton or neutron sensitivity from heavy ion data. This method was validated on deep submicron devices and allows the user to estimate multiple events, which are a crucial issue in space, avionic and ground applications.

Cette thèse a pour objet l'étude des éléments radioactifs qui peuvent altérer le bon fonctionnement des composants électroniques au niveau terrestre. Ces éléments radioactifs sont appelés émetteurs alpha. Intrinsèques aux composants électroniques, ils se désintègrent et émettent des particules alpha qui ionisent la matière du dispositif électronique et déclenchent des SEU (Single Event Upset). Ces travaux visent à évaluer la fiabilité des circuits digitaux due à cette contrainte radiative interne aux composants électroniques. Dans ce but, tous les émetteurs alpha naturelles ou artificielles susceptibles de contaminer les matériaux des circuits digitaux ont été identifiés et classés en deux catégories : les impuretés naturelles et les radionucléides introduits. Les impuretés naturelles proviennent d'une contamination naturelle ou involontaire des matériaux utilisés. Afin d'évaluer leurs effets sur la fiabilité, le SER (Soft Error Rate) a été déterminé par simulations Monte-Carlo pour différents nœuds technologiques dans le cas de l'équilibre séculaire. Par ailleurs, avec la miniaturisation des circuits digitaux, de nouveaux éléments chimiques ont été suggérés ou employés dans la nanoélectronique. Les radionucléides introduits regroupent ce type d'élément naturellement constitué d'émetteurs alpha. Des études basées sur des simulations Monte-Carlo et des applications analytiques ont été effectués pour évaluer la fiabilité des dispositifs électroniques. Par la suite, des recommandations ont été proposées sur l'emploi de nouveaux éléments chimiques dans la nanotechnologie. / This work studies radioactive elements that can affect the proper functioning of electronic components at ground level. These radioactive elements are called alpha emitters. Intrinsic to electronic components, they decay and emit alpha particles which ionize the material of the electronic device and trigger SEU (Single Event Upset).This thesis aims to assess the reliability of digital circuits due to this internal radiative constraint of electronic components. For that, all alpha-emitting natural or artificial isotopes that can contaminate digital circuits have been identified and classified into two categories: natural impurities and introduced radionuclides.Natural impurities result from a natural or accidental contamination of materials used in nanotechnology. To assess their effects on reliability, the SER (Soft Error Rate) was determined by Monte Carlo simulations for different technology nodes in the case of secular equilibrium. Besides, a new analytical approach was developed to determine the consequences of secular disequilibrium on the reliability of digital circuits.Moreover, with the miniaturization of digital circuits, new chemical elements have been suggested or used in nanoelectronics. The introduced radionuclides include this type of element consisting of natural alpha emitters. Studies based on Monte Carlo simulations and analytical approches have been conducted to evaluate the reliability of electronic devices. Subsequently, recommendations were proposed on the use of new chemical elements in nanotechnology.

This master thesis discuss about ionizing radiation, interaction with matter and effects on her. In the work is discussed differend types of interactions of directly ionizing radiation and indirectly ionizing radiation. Below is an overview of methods of shielding from all of types of ionizing radiation. Second part of this thesis discuss about single event effects in semiconductors which are cause by ionizing radiation. At the end is described design of measuring instrument included FPGA chips. This design is discused both from point of wiew hardware and software too.

This master thesis discuss about ionizing radiation, interaction with matter and effects on her. In the work is discussed differend types of interactions of directly ionizing radiation and indirectly ionizing radiation. Below is an overview of methods of shielding from all of types of ionizing radiation. Second part of this thesis discuss about single event effects in semiconductors which are cause by ionizing radiation. At the end is described design of measuring instrument included FPGA chips. This design is discused both from point of wiew hardware and software too.