Dtermination de l'nergie des noyaux de recul induits par irradiation aux neutrons

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Détermination de l'énergie des noyaux de recul
induits par irradiation aux neutrons
Frédéric WROBEL wrobel_at_unice.fr
LPES-CRESA Université de Nice Sophia
Antipolis (EA 1174) Laboratoire de Physique
Electronique des Solides Centre de Recherche sur
les Solides et leurs Applications

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Sommaire
Problématique de lenvironnement radiatif
naturel Généralités sur linteraction
rayonnement-matière Détermination de lénergie
des noyaux de recul Utilisation de la base de
données pour le calcul de SEU Conclusions et
perspectives
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Sommaire
Problématique de lenvironnement radiatif
naturel Généralités sur linteraction
rayonnement-matière Détermination de lénergie
des noyaux de recul Utilisation de la base de
données pour le calcul de SEU Conclusions et
perspectives
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Lenvironnement spatial
85 de protons 12 dhélium 2 délectrons 1
dions lourds
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Lenvironnement atmosphérique
Particule cosmique énergétique
Choc avec le noyau dun atome de latmosphère
Ejection de nouvelles particules
TERRE
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Lenvironnement atmosphérique
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Problématique

• Lenvironnement naturel est radiatif
• Présence de protons dans lespace
• Présence de neutrons dans latmosphère

Problème les composants électroniques à bord
des avions, des lanceurs, des sondes et des
satellites sont soumis à ces particules.
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Laléa logique ou Single Event Upset (SEU)
Il correspond au changement détat logique dun
point mémoire suite au passage dune seule
particule.
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Sommaire
Problématique de lenvironnement radiatif
naturel Généralités sur linteraction
rayonnement-matière Détermination de lénergie
des noyaux de recul Utilisation de la base de
données pour le calcul de SEU Conclusions et
perspectives
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Interaction nucléon-matière
Ionisation de la matière
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LET de quelques ions
Le ralentissement dune particule chargée dépend
de sa nature (A,Z et E).
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Interaction nucléon-matière
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Sommaire
Problématique de lenvironnement radiatif
naturel Généralités sur linteraction
rayonnement-matière Détermination de lénergie
des noyaux de recul Utilisation de la base de
données pour le calcul de SEU Conclusions et
perspectives
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Le besoin

• Une base de données contenant
• Tous les ions susceptibles dêtre produits lors
  dune interaction nucléon matière (LET dépend
  de la nature).
• Lénergie de chaque ion (LET dépend de E).

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Étude expérimentale ?
Remarque une analyse de la cible peut
éventuellement fournir la production des ions
mais pas leurs énergies.
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Méthodologie
Utilisation de codes de physique nucléaire
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Classification des réactions
Réactions élastiques
ECIS, SCAT
Réactions non - élastiques
ENDF, Gnash, HETC
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MC RED (Recoil Energy Determination)
Code de physique nucléaire permettant dévaluer
les énergies des noyaux de recul jusquà 150 MeV
Méthode Monte-Carlo qui permet de suivre
lévolution pas à pas dune réaction les
calculs cinématiques sont effectués à chaque
émission.

• Principe Modéliser les réactions à laide de
  deux mécanismes démission
• Le pré-équilibre (modèle de lexciton)
• Léquilibre (évaporation de Hauser-Feshbach)

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Comparaison avec les résultats expérimentaux
Les éjectiles
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Comparaison avec les résultats expérimentaux
Production des noyaux de recul
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Sommaire
Problématique de lenvironnement radiatif
naturel Généralités sur linteraction
rayonnement-matière Détermination de lénergie
des noyaux de recul Utilisation de la base de
données pour le calcul de SEU Conclusions et
perspectives
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Mécanisme du SEU
grille
source
drain
nucléon
Interaction dun nucléon avec un noyau du
composant.
Les noyaux de recul génèrent des porteurs le long
de leur trace.
Lexistence de chemins conducteurs et/ou la
collection des porteurs peut rendre passant un
transistor bloqué.
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Conditions de déclenchement dun SEU
grille
source
drain
nucléon
Région sensible région dans laquelle il faut
générer des porteurs.
Énergie critique énergie minimale à déposer
dans la région sensible
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Paramètres du critère
Simulations composant (ISE)
Exemple technologie 0,25 µm Vs 1 µm3 Ec
0,3 MeV
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Résultats des simulations
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naturel Généralités sur linteraction
rayonnement-matière Détermination de lénergie
des noyaux de recul Utilisation de la base de
données pour le calcul de SEU Conclusions et
perspectives
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En Résumé
MC-RED est un code Monte Carlo permettant de
calculer lénergie des noyaux de recul produits
sous environnement neutronique (ou
protonique). Le domaine de validité est
1MeV-150MeV Bon accord avec les résultats
expérimentaux (pour les éjectiles et production
des reculs) Application au calcul de taux
derreurs dans les mémoires
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Autre Application de RED Calcul de dose
RED permet aussi de calculer la dose absorbée par
un matériau lors de son irradiation à des flux de
neutrons
fluence
Section efficace
Nombre de cibles i par unité de masse
Energie moyenne des reculs