Effet de la chaleur sur les MOSFETS

[AghilesD]

Bonjour à toutes et à tous,

J'espère que vous allez bien ! Je suis actuellement en première année de doctorat et je travaille dans le domaine de la sécurité matérielle. Je suis à la recherche d'informations sur les effets de la chaleur sur les transistors MOSFET, en particulier la chaleur induite par un laser.

Je me demandais si vous pourriez m'aider en partageant vos connaissances ou des références sur ce sujet. Je suis très intéressée par les éventuelles altérations des caractéristiques des transistors MOSFET, comme la tension de seuil ou le courant, même lorsque les transistors sont éteints. Par exemple, est-ce que le fait de chauffer un transistor(éteint) à des températures élevées puis de le rallumer peut affecter ses caractéristiques ?

Je vous remercie d'avance pour votre aide et j'attends vos réponses avec impatience !

Aghiles
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[Bitrode]

Bonjour,
vaste sujet qui ne peut être traité ainsi sur un forum à moins d'y passer tout son temps, que je n'ai personnellement pas.
Quelques réponses ou pistes à suivre:
-> les matériaux qui composent un transistor ont des caractéristiques très dépendantes de la température.
-> cette dépendance forte peut entrainer des dysfonctionnements si ces déviations ne sont pas prises en compte ou corrigées dynamiquement.
-> Il faudra distinguer la technologie du MOSFET, SiC et GaN ont des propriétés différentes des MOS à jonctions classiques.
-> il faut que tu précises ce que tu appelles températures élevées, puisqu'au delà d'une certaine température le transistor sera détruit tout simplement.

Je te conseille de faire une étude bibliographique sur le sujet, tu y trouveras beaucoup d'éléments.

[AghilesD]

Bonjour,

Je vous remercie pour votre réponse. D'après ce que j'ai compris, lorsque les transistors MOSFET classiques sont chauffés alors qu'ils sont éteints, certains porteurs de charges qui étaient piégés dans l'oxyde vont se libérer. Ces porteurs de charges pourraient potentiellement améliorer la tension de seuil lorsque le transistor est allumé. Même si je ne suis pas expert en physique des matériaux, je souhaite comprendre ce processus de manière générale afin de réaliser des simulations et des expériences ultérieurement. Si je peux établir une relation entre la tension de seuil et la chaleur, ce serait parfait.

En ce qui concerne le laser, il émet dans le proche infrarouge (à 1064 nm) et peut focaliser un rayon d'un diamètre inférieur à 1 µm. La chaleur peut rapidement augmenter, mais je ne souhaite pas faire fondre le silicium, donc je pense que la température devrait être maintenue entre 100 et 900 degrés.

Je vous remercie et vous souhaite une excellente journée.

[un_copain]

Salut,

Je ne suis pas du tout expert dans les MOSFET, mais comme le souligne Bitrode, et comme j'ai l'impression que c'est un peu le fond de ta question, ces transistors sont composés de semi-conducteurs dopés. En augmentant la température de ces matériaux, nous augmentons le nombre de charges libres, et donc la conductivité est améliorée (et pour faire écho à Bitrode, cela va dépendre des éléments en présence, du niveau de dopage...) - peut être que cela a un impact sur la fameuse tension de seuil. Si c'est effectivement le fond de ta question, et que tu aimerais développer ce point, c'est largement faisable.

Côté biblio, on trouve rapidement des choses intéressantes sur Google Scholar, voici 3 exemples (que tu peux ouvrir avec Sci-Hub, le meilleur ami du doctorant):
https://doi.org/10.1016/0038-1101(86)90180-2
https://doi.org/10.1109/PESC.1982.7072436
https://doi.org/10.1109/55.57923

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Il faut effectivement préciser le contexte et le stress considéré :
entre -40°C et 125 voire 175°C, voire un peu plus, il n'y a pas grand chose d'intéressant : le composant est dans sa plage de température spécifiée et toute est dans la datasheet : augmentation de la Rdson, diminution du Vth, etc.

A partir de ~200 °C il y a détérioration de la matière organique : résine epoxi d'enrobage (le cas échéant) et (c'ets plus génant) du polyamide déposé au dessus des JTE.

Entre 200-400°C (en général), il y a fusion de la brasure de face arrière, qui relie le chip au boitier. Les TLPDB et fritage argent ou cuivre permettent de monter bien plus haut.

A ~600°C, il y a fusion de l'aluminium : fils de bondings et, surtout, métalisation de face avant de la puce, ce qui la rendra possiblement/probablement inutilsable, suivant la localisation de la fusion.

Au-dela de... "chaud" (800 °C?) les process des diffusion s'activent et les dopages changent.


Il y a une littérature assez pléthorique sur le sujet, ou plutot les sujets, car c'est très large : de la fabrication en sale blanche au composant, en passant par les techno de packaging.

[AghilesD]

Bonjour à vous,

Je vous remercie pour vos messages et explications. Je m'excuse, je pense que je n'ai pas été très clair

Lors des attaques laser, on vise les puces par la face arrière, là où il n'y a pas de couches protectrices. On atteint donc directement le silicium et les transistors. Lorsque l'attaque laser est dirigée vers des transistors allumés, les électrons et les trous dans la jonction P-N sont séparés, ce qui crée un courant transitoire. Ce courant peut se propager et causer un bit flip, c'est-à-dire, par exemple, dans un inverseur MOS, on peut changer la sortie de 1 à 0 ou de 0 à 1. Cela est relativement "simple" à modéliser.

Cependant, pour ma part, je cherche à comprendre ce qui se passe lorsqu'on vise un transistor éteint, donc on oublie le courant. L'énergie du laser va se traduire par une augmentation de la température, et c'est cette température que je veux modéliser ainsi que son impact sur les caractéristiques du transistor une fois rallumé. Il y a très peu de littérature sur ce sujet .

Je vous souhaite une bonne journée.

[jiherve]

Bonjour,

on vise les puces par la face arrière,

ce n'est pas le cas de tous les circuit intégrés, il n'y a que les flip chip pour être comme çà et bien souvent ceux ci sont équipés d'un gros radiateur.
Un transistor qui à chauffé dans des limites raisonnable fonctionne toujours à peut prés comme avant ensuite.
A des fin de robustesse j'ai fait des tests sur FPGA ou je montais la température boitier à 190°C , la puce devait friser les 250°C et ça tenait bon , ils ne sont pas mauvais chez TSMC.
JR

[Bitrode]

A des fin de robustesse j'ai fait des tests sur FPGA ou je montais la température boitier à 190°C , la puce devait friser les 250°C et ça tenait bon , ils ne sont pas mauvais chez TSMC.
JR

Ce qui compte c'est aussi la durée d'exposition à la chaleur, au delà des spécifications de la datasheet le composant sera irrémédiablement déclassé, voir dysfonctionnel, voir détruit.
Un pic de chaleur aura un impact dès lors qu'il sera supérieur à l'inertie thermique du composant.

[jiherve]

bonjour,
là c’était pendant plusieurs minute et bien sur la carte était destiné au rebut, le but était de mettre en évidence un bug dans un placeur routeur de FPGA qui induisait de la métastabilité sur un signal, j'ai pu ensuite l'expliquer au fabricant qui a corrigé.
JR

[Antoane]

Bonjour,

> Cependant, pour ma part, je cherche à comprendre ce qui se passe lorsqu'on vise un transistor éteint, donc on oublie le courant. L'énergie du laser va se traduire par une augmentation de la température, et c'est cette température que je veux modéliser ainsi que son impact sur les caractéristiques du transistor une fois rallumé. Il y a très peu de littérature sur ce sujet .
Est-ce suffisant pour conduire à un recuit, activer le process de diffusion, endomager les isolants de grille, la métalisation Alu de face avant ?

Ceci dit, je laisse la place, ne connaissant pas grand choses aux puces non-verticales.