Méthodologie de conception de magnétomètre

Nod’ordre : 147
École Doctorale MSII (ED n◦269)
Mathématiques, Sciences de l’Information et de l’Ingénieur
UDS - INSA - ENGEES
THÈSE
présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université de Strasbourg
Discipline : Électronique, Électrotechnique, Automatique
(Microélectronique)
par
Dubois Benoît
Méthodologie de conception de magnétomètre
dans une approche mécatronique
Soutenue publiquement le 3 juillet 2009
Membres du jury
Directeur de thèse : Francis Braun, Professeur, InESS, Strasbourg
Rapporteur interne : Daniel Mathiot, Professeur, InESS, Strasbourg
Rapporteur externe : Yves Danto, Professeur, IMS, Bordeaux
Rapporteur externe : Ian O’Connor, Professeur, INL , Lyon
Examinateur : Jean-François Aubry, Professeur, CRAN, Nancy
Examinateur : Jean-Baptiste Kammerer, Maître de conférences, InESS,
Strasbourg
Invité : Luc Hébrard, Professeur, InESS, Strasbourg
InESS UMR 7163
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No147
28 juillet 2009
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Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier Francis Braun, mon directeur de thèse, pour m’avoir donné
la possibilité d’entreprendre mes travaux de doctorat au sein de l’Institut d’Électronique des
Solides et des Systèmes.
Je remercie particulièrement Jean-Baptiste Kammerer, mon premier co-encadrant. Je le re-
mercie pour toute l’aide qu’il m’a fournie durant ces trois années de thèse, et en particulier
pour m’avoir fait profiter de ses compétences en conception analogique et modélisation de haut
niveau.
Je tiens aussi à remercier Luc Hébrard, mon autre co-encadrant. Son avis critique, son ex-
périence et ses conseils m’ont été d’une grande utilité.
Je souhaiterais remercier Daniel Mathiot, directeur du laboratoire InESS, Yves Danto, Jean-
Francois Aubry et Ian O’Connor d’avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse.
Je remercie tous mes collègues de l’InESS et plus particulièrement Pascal Leindecker,
Jacques Morel, Nicolas Collin et toute la troupe des doctorants.
Je remercie également nos collègues du CRAN/A3SI, du LICM et du LPM avec qui nous
avons participé au projet Cimtronic’s. La coopération avec des spécialistes de disciplines diffé-
rentes fut très enrichissante.
Sur un plan plus personnel, je voudrais remercier mon père et mes soeurs qui m’ont soutenu
tout au long de mon cursus "scolaire" (et même plus) aussi bien moralement que financièrement.
Je voudrais terminer en remerciant Amélie qui a été à mes côtés et m’a supporté pendant ces
quatre dernières années.
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Table des matières
Glossaire 1
Introduction générale 3
1 État de l’art 7
1.1 Capteurs magnétiques intégrés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Capteur à effet Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.1.1 Effet Hall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.1.2 Capteur intégré CMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.1.3 Analyse de la fiabilité du capteur à effet Hall . . . . . . . . . 10
1.1.2 Capteur à jonction magnétique à effet tunnel . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.2.1 Réponse d’une MTJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.2.2 Capteur intégré à MTJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1.2.3 Analyse de la fiabilité du capteur à MTJ . . . . . . . . . . . 18
1.2 Sûreté de fonctionnement des systèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.1 Sûreté de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.1.1 Terminologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.1.2 Outils et moyens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Sûreté de fonctionnement et conception en microélectronique . . . . . 24
1.3 Mécanismes de défaillance des circuits intégrés analogiques CMOS . . . . . . 26
1.3.1 Électromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.1.1 Physique du phénomène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3.1.2 Mécanisme de défaillance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3.1.3 Conception minimisant l’électromigration . . . . . . . . . . 29
1.3.2 Claquage de l’oxyde de grille du transistor . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.3.2.1 Mécanisme du claquage d’oxyde et modèles . . . . . . . . . 32
1.3.3 Negative Bias Temperature Instability (NBTI) . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3.3.1 Mécanisme de défaillance et modèle . . . . . . . . . . . . . 35
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