Radiation resistance properties of electronic devices interacting with different radiation sources.

D'Orsi, Beatrice (2024). Radiation resistance properties of electronic devices interacting with different radiation sources. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 158 p.

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Résumé

Dans les environnements à forte radiation, tels que ceux rencontrés en physique des hautes énergies, dans l’espace et dans les installations d’ignition, il est primordial d’utiliser des composants et des dispositifs capables de résister aux conditions stressantes imposées par ces milieux difficiles. Pour comprendre les effets induits par les radiations et assurer le bon fonctionnement des systèmes utilisés dans ces conditions hostiles, des tests préliminaires des dispositifs contre les radiations sont nécessaires.

Dans cette thèse de doctorat conjointe, comprenant des travaux effectués à l’Université La Sapienza de Rome, à l’Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) au Canada, et aux centres de recherche ENEA de Casaccia et Frascati en Italie, une étude des dommages induits par les radiations sur des dispositifs électroniques a été réalisée. Diverses sources de radiation et méthodes de caractérisation ont été utilisées à cet effet.

Au laboratoire Advanced Laser Light Source (ALLS) de l’INRS, des protons accélérés par laser avec un large spectre d’énergie ont été utilisés pour tester des dispositifs électroniques avec une nouvelle source de test de stress innovante. Des sources plus conventionnelles pour les tests d’irradiation, telles que les radiations gamma ⁶⁰Co disponibles à l’installation Calliope du centre ENEA de Casaccia, et les neutrons et protons du générateur de neutrons de Frascati et de l’installation TOP-IMPLART, respectivement situés au centre ENEA de Frascati, ont également été utilisées.

Pour enrichir davantage la caractérisation des dispositifs électroniques, des irradiations électroniques sont prévues à l’installation REX du centre ENEA de Frascati. Pour déterminer les conditions d’irradiation les plus appropriées à REX, une intercalibration dosimétrique entre l’installation Calliope et l’installation REX a été réalisée dans le cadre du programme ASI Supported Irradiation Facilities (ASIF). Les résultats de cette intercalibration sont présentés.

Dans la dernière partie du travail, les propriétés de résistance aux radiations de deux types de dispositifs électroniques ont été examinées en effectuant des tests paramétriques sur les composants avant et après irradiation avec diverses sources de radiation. En outre, l’effet de la dose ionisante totale (TID) et les dommages de déplacement causés par la contribution de la perte d’énergie non ionisante (NIEL) ont été analysés pour tous les tests de stress effectués. Plus précisément, pour chaque source de rayonnement utilisée, la dose déposée par les processus ionisants et la dose déposée par les processus non ionisants ont été calculées. Cette procédure a permis de déterminer la dose nécessaire pour que différents types de rayonnement provoquent le même niveau de dommages, permettant ainsi de comparer l’efficacité d’irradiation des protons accélérés par laser avec celle des sources de rayonnement conventionnelles.


In high-radiation environments, such as those found in high-energy physics, space, and ignition facilities, it is paramount to employ components and devices capable of withstanding the stressful conditions imposed by these harsh settings. To understand the radiation-induced effects and ensure the proper functioning of systems used in these hostile conditions, preliminary tests of the devices against radiation are necessary.

In this joint doctoral thesis, comprising work performed at La Sapienza University of Rome, the Institut National de la Recherche Scientifique (INRS) in Canada, and the ENEA Research Centers of Casaccia and Frascati in Italy, a study of radiationinduced damage on electronic devices was carried out. Various radiation sources and characterization methods were employed for this purpose.

At the Advanced Laser Light Source (ALLS) laboratory of INRS, laser-accelerated protons with a broad energy spectrum were used to test electronics with a new and innovative stress test source. More conventional sources for irradiation tests, such as ⁶⁰Co gamma radiation available at the Calliope facility of the ENEA Casaccia R.C., and protons and neutrons from the TOP-IMPLART facility and the Frascati Neutron Generator, respectively, located at the ENEA Frascati R.C., were also used.

To further enrich the characterization of the electronic devices, electron irradiations are planned at the REX facility of the ENEA Frascati R.C. To determine the most suitable irradiation conditions at REX, a dosimetric intercalibration between the Calliope facility and the REX facility was performed within the framework of the ASI Supported Irradiation Facilities (ASIF) program. The results of this intercalibration are presented.

In the final part of the work, the radiation resistance properties of two types of electronic devices were examined by performing parametric tests on the components before and after irradiation with various radiation sources. Additionally, the Total Ionizing Dose (TID) effect and the displacement damage caused by the Non-Ionizing Energy Loss (NIEL) contribution were analyzed for all the stress tests performed. Specifically, for each radiation source used, the dose deposited by ionizing processes and the dose deposited by non-ionizing processes were calculated. This procedure made it possible to determine the dose required by different types of radiation to cause the same level of damage, allowing a comparison of the irradiation efficiency of laser-driven protons with conventional radiation sources.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Antici, Patrizioet Migliorati, Mauro
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	30 avr. 2025 18:32
Dernière modification:	30 avr. 2025 18:32
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16483

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