1 Introduction

REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier Madame Virginie INGUIBERT, pour m'avoir permis d'effectuer
ce stage au sein du DESP : Département Environnement Spatial de l'ONERA.
Je tiens aussi à remercier Monsieur Thierry NUNS, pour l'aide qu'il m'a apporté durant
mon stage.
Ma plus grande reconnaissance va à Monsieur Jean-Pierre DAVID pour m'avoir
encadré, pour s'être montré très disponible, et pour avoir répondu à mes interrogations,
enrichissant ainsi mon bagage scientifique.
J'exprime aussi ma reconnaissance à Madame Sabine SOONCKINDT et Monsieur
Antoine GAUFFIER, ainsi qu'aux stagiaires pour l'accueil et l'amitié qu'ils m'ont témoignés
tout au long de ce stage.

1
SOMMAIRE
1. INTRODUCTION 3
2. PRESENTATION DE L’ONERA-CERT 4
2.1 L'ONERA 4
2.1.1 Historique
2.1.2 Domaines d’activités 4
2.2 Le Centre d'Etudes et de Recherches de Toulouse 4
2.2.1 La recherche appliquée 5
2.2.2 La recherche pluridisciplinaire 5
2.2.3 Présentation du Département Environnement Spatial (DESP) 5
3. PARTIE THEORIQUE 7
3.1 Les semi-conducteurs 7
3.2 Généralités sur les MOS 9
3.2.1 Description
3.2.2 Principe de fonctionnement 9
3.2.3 Fonctionnement du MOSFET à canal N 10
3.2.4 Modes de fonctionnements 12
3.2.5 Tension de seuil 13
3.3 Effet des rayonnements ionisants sur une structure MOS 14
3.3.1 Effet des rayonnements sur les dispositifs a semi conducteurs
3.3.2 Effet de dose cumulée sur les MOS 14
3.3.2.1 Charges d’oxydes 14
3.3.2.2 États d’interface 15
3.3.3 Caractérisation des effets du rayonnement sur les MOS 16
3.3.3.1 Méthode de la pente sous le seuil 16
3.3.3.2 Caractérisation des états d’interface à 77K 17
4. PARTIE EXPERIMENTALE 20
4.1 Matériel utilisé 20
4.1.1 Le composant 20
4.1.2 Les moyens d'irradiation: L'irradiateur Méga 20
4.1.3 Présentation du banc de test 21
4.1.3.1 Le Keithley 195A 22
4.1.3.1 Le HP4142B 22
4.1.3.2 La connectique 23

2
4.2 Écriture du programme 25
4.2.1 Présentation de LABVIEW
4.2.2 Description du langage G 25
4.2.3 L'instrument virtuel (VI) principal 26
4.3 Résultats expérimentaux 31
4.3.1 Caractérisation d'un MOS non irradié.
4.3.1.1 A température ambiante 31
4.3.1.2 A 77K 32
4.3.2 Influence de la dose cumulée 32
4.3.2.1 Influence sur la tension de seuil 32
4.3.2.2 Influence sur l'hystérésis à 77K 33
4.3.3 Influence du champ électrique 33
4.3.3.1 Influence sur les états d'interface 34
4.3.3.2 Influence sur les charges d'oxyde 34
4.3.4 Influence des paramètres lors de la caractérisation à 77K 35
4.3.4.1 Influence de la tension et du temps de prépolarisation 35
4.3.4.2 Influence de la vitesse de balayage 36
5. CONCLUSION 38
6. BIBLIOGRAPHIE 39

3
1. INTRODUCTION
L'utilisation de l'électronique embarquée dans les missions dans l'espace pose le
problème de prévoir l'évolution des composants tout au long d'une mission. Il faut aussi
connaître leur comportement vis-à-vis des autres composants.
Pour des technologies MOS, ces phénomènes sont assez bien connus. Un point reste
néanmoins obscur : la croissance des états d'interfaces dans les MOS de puissance. Il existait
déjà diverses méthodes de caractérisation des états d'interfaces, mais aucune de celles-ci n'est
applicable aux transistors MOS.
Il a donc fallu développer une nouvelle méthode de caractérisation des états
d'interfaces dans les MOS à 77K.
Pour ce faire il a fallu mettre au point un banc de test permettant la caractérisation des
transistors MOS à basse température, c'est-à-dire trouver une connectique adaptée aux
mesures à 77K et développer un programme sous labview permettant de tracer les
caractéristiques.
Après avoir expliqué les phénomènes intervenant lors de l'irradiation d'un transistor
MOS, nous présenterons les moyens mis en œuvres permettant la caractérisation des
transistors MOS à 77 K. Pour finir nous verrons les résultats des mesures obtenues au moyen
de ce banc de test.

4
2. PRESENTATION DE L’ONERA-CERT
2.1 L'ONERA
2.1.1 Historique
En 1946, les pouvoirs publics créent l’office national d’études et recherches
aéronautique, organisme public chargé de regrouper toutes les ressources françaises liées à
l’aéronautique. Mais bien vite l’évolution et l’extension de son activité au domaine spatial
entraîne en 1963 une modification de son nom, c’est ainsi que l’ONERA est devenu l’office
National d’étude et de recherches aérospatiales.
Actuellement, sept établissements dépendent directement de l’ONERA : Châtillon (967
employés), Chalais-Meudon (174 employés), Palaiseau (340 employés), Le Fauga-Mauzac(64
employés), Modane-Avrieux (191 employés), Toulouse (420 employés) et Lille (107
employés).
L’ONERA est sous la tutelle du ministère de la défense.
2.1.2 Domaines d’activités
La compétence des personnels de l’ONERA s’exerce dans un vaste ensemble de
disciplines scientifiques et techniques. Les chercheurs et les ingénieurs font progresser
théories, calculs et expérimentations, et effectuent un travail d’équipe avec les techniciens de
qualification.
Grâce à la qualité de personnel et des moyens, l’ONERA apporte une contribution
déterminante aux progrès des techniques aérospatiales. Cette contribution comprend des
recherches fondamentales qui complètent celles menées par les établissements universitaires.
L’ONERA joue un rôle de liaison entre les organismes de recherches scientifiques pures et
l’industrie.
L’activité de l’office s’exerce dans de nombreux domaines, en effet, la multitude des
problèmes qu’implique l’élaboration d’un véhicule spatial impose le recours à diverses
disciplines.
2.2 Le Centre d'Etudes et de Recherches de Toulouse
Le site de Toulouse a été créé en 1968 sous l'appellation CERT (Centre d'Etude et de
Recherche de Toulouse), lors du transfert de l'Ecole Nationale Supérieur de l'Aéronautique et
de l'Espace.
Son potentiel humain est de quatre cent vingt personnes dont deux cent quatre-vingt
ingénieurs et techniciens de recherche permanents. De plus, il accueille quatre-vingt-dix
ingénieurs doctorants pour des durées de trois ans, ainsi que de nombreux professeurs
visiteurs dans ses laboratoires.
Plus de cent trente de ces chercheurs participent de manière significatives aux activités
d'enseignement. Six mille cinq cent heures de cours par an, dont quatre mille sont données à
SUPAERO. Chaque année, plus de cent stagiaires en cours d'études y sont intégrés. Sa forte
implication dans les activités d'enseignement et la formation par la recherche constituent de
véritables atouts.
Ce personnel dispose de vingt neuf milles mètres carrés de laboratoires (plates-formes de
recherche, installations expérimentales) et de bureaux. D'énormes moyens informatiques leurs
sont proposés: supercalculateur scalaire, de nombreux serveurs, deux cent stations de travail