Une interface de capteur intégré haute température est proposée. L'interface de capteur a une architecture dans le domaine temporel et entièrement différentielle. Cette approche offre l'avantage d'une meilleure stabilité thermique par rapport aux architectures analogiques classiques. L'interface du capteur est basée sur des oscillateurs à verrouillage d'injection (ILO) utilisés comme déphaseurs. Une paire d’ILOs convertit la tension de sortie du capteur en une différence de déphasage qui est ensuite numérisée à l'aide d'un convertisseur temps-numérique. La sortie de l'interface du capteur dépend uniquement du rapport des valeurs de ses paramètres plutôt que de leurs valeurs absolues, ce qui entraîne une faible dépendance à température. L'interface du capteur est fabriquée à l'aide d'une technologie de silicium sur isolant partiellement déplété (PD-SOI) de 0.18μm de XFAB, qui est choisie pour sa robustesse thermique. Les mesures montrent que l’interface de capteur a une variation thermique de 178ppm / ° C sur ± 60mV de pleine échelle d'entrée et une variation thermique de 65ppm / ° C sur ± 40mV de pleine échelle d'entrée sur une large plage de température de fonctionnement étendue de -20 ° C à 220 ° C. / A high temperature integrated sensor interface is proposed. The sensor interface has a fully differential time domain architecture. This approach offers the advantage of better thermal stability compared to typical analog based architectures. The sensor interface is based on Injections Locked Oscillators (ILO) used as phase shifters. A pair of ILOs converts the sensor output voltage into a phase shift difference which is then digitized using a time to digital converter. The sensor interface output depends only on the ratio of its parameters values rather than their absolute values thus leading to a low temperature dependency. The sensor interface is fabricated using a 0.18µm Partially-Depleted Silicon on Insulator technology (PD-SOI) from XFAB which is chosen for its thermal robustness. Measurements show that the sensor interface achieves a thermal variation of 178ppm/°C over ±60mV input full scale and a thermal variation of 65ppm/°C over ±40mV input full scale over a wide operation temperature range extended from -20°C to 220°C.

Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la sensibilité des composants électroniques avancés en milieu radiatif. Le travail porte sur la modélisation détaillée du dépôt d'énergie induit par un ion lourd dans la matière, et sur l'influence de la prise en compte de cette trace d'ion dans les outils de simulation de la réponse de composants irradiés. Dans ce but, nous avons développé une chaîne de simulation, combinant différents codes de calcul à des échelles variées. Dans une première étape, le code d'interactions particule-matière Geant4 est ainsi utilisé pour modéliser la trace d'ion. Ces traces sont ensuite implémentées dans un code de simulation TCAD, afin d'étudier la réponse de transistors élémentaires à ces dépôts d'énergies détaillés. Cette étape est complétée par des mesures expérimentales. Enfin, l'étude est étendue au niveau circuit, en interfaçant les traces d'ions avec un outil de prédiction des SEE. Ces différentes étapes mettent en évidence la nécessité de prendre en compte la dimension radiale de la trace d'ion à tous les niveaux de simulation, pour modéliser de façon adéquate la réponse de composants avancés sous irradiation par des ions lourds.

Ce mémoire de thèse traite de l’étude de la sensibilité des composants électroniques avancés en milieu radiatif. Le travail porte sur la modélisation détaillée du dépôt d’énergie induit par un ion lourd dans la matière, et sur l’influence de la prise en compte de cette trace d’ion dans les outils de simulation de la réponse de composants irradiés. Dans ce but, nous avons développé une chaîne de simulation, combinant différents codes de calcul à des échelles variées. Dans une première étape, le code d’interactions particule-matière Geant4 est ainsi utilisé pour modéliser la trace d’ion. Ces traces sont ensuite implémentées dans un code de simulation TCAD, afin d’étudier la réponse de transistors élémentaires à ces dépôts d’énergies détaillés. Cette étape est complétée par des mesures expérimentales. Enfin, l’étude est étendue au niveau circuit, en interfaçant les traces d’ions avec un outil de prédiction des SEE. Ces différentes étapes mettent en évidence la nécessité de prendre en compte la dimension radiale de la trace d’ion à tous les niveaux de simulation, pour modéliser de façon adéquate la réponse de composants avancés sous irradiation par des ions lourds. / This thesis studies the sensitivity of advanced electronic devices in radiative environments. The work deals with the detailed modeling of the deposited energy induced by heavy-ion in matter, and the influence of taking it into account in the tools simulating the response of irradiated devices. To do so, a simulation chain was developed, combining different calculation codes at various scales. In a first step, the particle-matter interaction code Geant4 is used to model the heavy ion track. These tracks are then implemented in a TCAD simulator, in order to study the response of elementary transistors to these detailed energy deposits. This step is completed with experimental measurements. Finally, the study is extended to the circuit level, by interfacing the heavy ion tracks with a SEE prediction tool. These different steps evidence the need for taking into account the radial extension of the ion track to all simulation levels, to adequately model the response of advanced devices under heavy ion irradiations.

A l'heure actuelle, les Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) sont devenusincontournables dans les produits technologiques quotidiens. De par leur taille,leurs performances et leur intégration, les microsystèmes résonants se sontinscrits dans la diversification de la fameuse Loi de Moore. Cependant les applications detype base de temps demeurent le segment de marché où les MEMS ne parviennent pas às'imposer durablement. En effet, grâce à une stabilité en fréquence de quelques parties parmillions, l'oscillateur à base de résonateur en Quartz reste le produit numéro 1 d'unmarché estimé à dix-sept milliards de dollars.Etant donné le lien entre la fréquence d'un résonateur silicium MEMS et ses dimensionsintrinsèques, les différentes étapes de fabrication induisent un décalage de cette fréquencepar rapport à la valeur visée. C'est donc cet écart que nous tenterons d'adresser. Dans cecontexte, nous avons proposé une nouvelle méthode de correction à l'échelle du substrat.Cette méthode consiste en une ultime étape technologique, après une première mesureélectrique des dispositifs qui permet de quantifier l'erreur, à ramener la fréquence à lavaleur souhaitée par un ajout localisé de matière. Nous montrerons qu'il est possible, enune seule étape, de réduire la Gaussienne représentative de la variation de la fréquence ausein du substrat à quelques parties par million. Pour cela, nous avons développé deuxmodèles physiques qui permettent de quantifier la correction pour atteindre les objectifs.En parallèle, nous avons mis en place un processus de fabrication compatible avec la filièreCMOS avec seulement dix-sept étapes et deux masques photolithographiques dont le pointde départ est un substrat de type SOI. Ce procédé a permis la fabrication de résonateur àmodes de flexion et ondes de volume, dont les performances intrinsèques (f et Q)permettent de concurrencer les résonateurs Quartz. Enfin, nous avons validé notre conceptet nos modèles physiques par des caractérisations électriques de nos dispositifs.L'analyse des résultats nous a permis de dresser une liste des pistes d'amélioration pourétablir une voie vers l'industrialisation durable des résonateurs MEMS. Dans un premiertemps, une attention toute particulière se portera sur le choix du substrat et la technologieutilisée pour garantir des performances optimales. La méthode de correction nécessite unemesure électrique intermédiaire, cette étape doit être précisée et il faudra s'assurer qu'ellen'augmente pas le coût global de la fonction. Bien que discutés, le packaging du MEMS etl'intégration seront des points à étudier, tout particulièrement pour conserver lesspécifications du résonateur lui-même.

A l’heure actuelle, les Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) sont devenusincontournables dans les produits technologiques quotidiens. De par leur taille,leurs performances et leur intégration, les microsystèmes résonants se sontinscrits dans la diversification de la fameuse Loi de Moore. Cependant les applications detype base de temps demeurent le segment de marché où les MEMS ne parviennent pas às’imposer durablement. En effet, grâce à une stabilité en fréquence de quelques parties parmillions, l’oscillateur à base de résonateur en Quartz reste le produit numéro 1 d’unmarché estimé à dix-sept milliards de dollars.Etant donné le lien entre la fréquence d’un résonateur silicium MEMS et ses dimensionsintrinsèques, les différentes étapes de fabrication induisent un décalage de cette fréquencepar rapport à la valeur visée. C’est donc cet écart que nous tenterons d’adresser. Dans cecontexte, nous avons proposé une nouvelle méthode de correction à l’échelle du substrat.Cette méthode consiste en une ultime étape technologique, après une première mesureélectrique des dispositifs qui permet de quantifier l’erreur, à ramener la fréquence à lavaleur souhaitée par un ajout localisé de matière. Nous montrerons qu’il est possible, enune seule étape, de réduire la Gaussienne représentative de la variation de la fréquence ausein du substrat à quelques parties par million. Pour cela, nous avons développé deuxmodèles physiques qui permettent de quantifier la correction pour atteindre les objectifs.En parallèle, nous avons mis en place un processus de fabrication compatible avec la filièreCMOS avec seulement dix-sept étapes et deux masques photolithographiques dont le pointde départ est un substrat de type SOI. Ce procédé a permis la fabrication de résonateur àmodes de flexion et ondes de volume, dont les performances intrinsèques (f et Q)permettent de concurrencer les résonateurs Quartz. Enfin, nous avons validé notre conceptet nos modèles physiques par des caractérisations électriques de nos dispositifs.L’analyse des résultats nous a permis de dresser une liste des pistes d’amélioration pourétablir une voie vers l’industrialisation durable des résonateurs MEMS. Dans un premiertemps, une attention toute particulière se portera sur le choix du substrat et la technologieutilisée pour garantir des performances optimales. La méthode de correction nécessite unemesure électrique intermédiaire, cette étape doit être précisée et il faudra s’assurer qu’ellen’augmente pas le coût global de la fonction. Bien que discutés, le packaging du MEMS etl’intégration seront des points à étudier, tout particulièrement pour conserver lesspécifications du résonateur lui-même. / Present, Micro-Electro-Mechanical-Systems (MEMS) have become essential ineveryday technology products. Thanks to their size, performances andintegration, resonant microsystems have been enrolled in the diversification ofthe famous Moore's Law. However, the time based applications remain the market segmentwhere MEMS are unable to settle permanently. Indeed, the oscillator-based Quartz is thenumber one product on the market, a market estimated at $ 17 billions, thanks to afrequency stability of a few parts per million over its lifetime.Given the link between the frequency of a MEMS resonator and its intrinsic dimensions,the various manufacturing steps induce a shift of this frequency from the target value. Wewill try to address this difference.In this context, we proposed a new method of correction across the wafer. This methodconsists of a final technological step after a first electrical measurement to quantify theshift. We will show that it is possible in one step, to reduce the Gaussian representing thefrequency variation within the wafer to a few parts per million. From this perspective, wehave developed two physical models that quantify the correction to achieve the objectives.Moreover, we set up a manufacturing process CMOS compatible with only 17 steps and2 photolithographic masks starting with a SOI wafer. This process has enabled theproduction of flexural mode resonators and bulk mode resonators, whose intrinsicperformances (f, Q) can compete with Quartz. Finally, we validated our concept and ourphysical models thanks to electrical characterization of our devices.Analysis of the results allowed us to develop a list of possible improvements to establish aroute to the industrialization of MEMS resonators. First, special attention will be focusedon the choice of substrate and the technology used to ensure perfect performances.Correction method requires a preliminary electrical measurement, this step must bedetailed and one have to ensure that it does not increase the overall cost. Although partiallystudied, the packaging of MEMS and integration are the points to consider in particularkeeping the specifications of the resonator itself.