Emulación por láser de la radiación cósmica en memorias y comparación con la radiación natural e inducida

Resumen

Actualmente, la tolerancia de los dispositivos electrónicos embarcados en misiones espaciales con los efectos de la radiación cósmica se evalúa mediante experimentos usando radiación real. Sin embargo esto presenta dos inconvenientes. El primero es el alto coste de estos experimentos, una hora en un centro de radiación cuesta varios miles de euros. El otro problema es que los resultados obtenidos son válidos para esa tecnología en concreto y esa fuente de radiación particular. Si se quiere caracterizar bien otro dispositivo, bien otro entorno, es preciso repetir el experimento. Frente a estos problemas, se propone como un método alternativo de ensayo la evaluación de dispositivos electrónicos mediante radiación con láser.El estudio se centra en memorias SRAM, debido a su gran uso en aplicaciones de espacio y a que contienen, en la mayoría de casos, datos críticos. También sus propias características tecnológicas hacen atractivo su estudio. Actualmente las memorias tienen un alto grado de integración que hace que el efecto de la radiación sea más aparente, presentando problemas que es preciso analizar hoy a fin de buscar una solución. Con el objetivo de identificar el comportamiento de las memorias SRAM frente a la radiación se realizan diferentes experimentosEmulación de la radiación cósmica mediante el uso de láser. El objetivo es emular la generación de errores en las memorias mediante el láser pulsado, disponible en el Centro de Láseres Ultrarrápidos CLUR, que actúa como un ion. De esta forma se obtiene el mapa de sensibilidad, el cual permite identificar las zonas más susceptibles de generación de errores y otras características como interleaving, tipo de error, etc. El sistema de caracterización se implementa por medio de dos obturadores con objeto de conseguir la incidencia de un único pulso sobre la memoria. Posteriormente, es necesario el diseño de un sistema de adquisición de datos, ajustar la energía, el camino óptico del láser y controlar automáticamente la posición en el plano XY donde incide el láser. Los resultados muestran zonas de la memoria que son insensibles mientras que otras tienen una sensibilidad mucho mayor. Una vez que las zonas más sensibles están identificadas, la energía del láser se aumenta con el fin de estudiar la evolución en el tipo de error. Primeramente, los Single Event Upsets SEUs se convierten en Multiple Cell Upsets MCUs. Después, se genera un Recoverable Micro Latch Up RMLU, que desaparece tras varios ciclos de lectura y escritura, para finalmente convertirse en Classical Micro Latch Up CMLU, sólo recuperable reiniciando la alimentación.Estudio del efecto de la radiación natural. Se realizan experimentos sobre las memorias sometiéndolas a radiación natural embarcándolas en un avión y a radiación de neutrones en la instalación GENEPI 2 LPSC de Grenoble. Los resultados muestran un incremento de la sensibilidad con el aumento del nivel de integración en tecnología CMOS.Estudio del efecto de la radiación inducida por partículas. Se radian las memorias con iones en el ciclotrón de la Universidad Católica de Lovaina. Los resultados obtenidos muestran una dependencia de la sensibilidad con el patrón escrito debido al diseño de la celda. El exhaustivo análisis de los errores generados mediante láser permite realizar una identificación correcta de los eventos generados con iones.Finalmente, se realiza la comparación de resultados. Concretamente se asocian los valores de la energía del láser con el LET de los iones con los que se han conseguido la misma sección eficaz o similar.Como conclusión, se demuestra que por medio del láser es posible obtener los mismos efectos que con la radiación de partículas. Además, el láser presenta las ventajas de ser un método más simple, efectivo y más económico, contribuyendo a reducir los costes asociados a los ensayos de radiación con partículas.