Conception et tests micro-électronique

Outils de conception microélectronique

La salle CAO est composée de 8 stations de travail fonctionnant sous Scientific Linux et d’un serveur de fichiers dédié contenant tous les répertoires de travail des utilisateurs et les logiciels de calcul, de conception et de simulation. Ces stations de travail sont accessibles directement ou à distance et permettent d’utiliser les logiciels spécialisés suivants :

• Cadence
• Mentor
• Matlab
• Comsol
• Coventor
• Silvaco
• IC-CAP

L’une de ces machines, acquise en 2009, comporte 2 processeurs 4 cœurs à 2,4 GHz et 32 Go de mémoire vive permettant de réaliser des calculs et des simulations complexes. Ces moyens sont principalement destinés à l’usage des chercheurs du laboratoire mais une activité de service à l’intention d’autres laboratoires ou d’industriels est également assurée. Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.

Tests de circuits intégrés

La salle de test regroupe tous les équipements de caractérisation nécessaires pour tester et caractériser les composants élémentaires et les circuits intégrés, à basses ou hautes fréquences, en bruit et en température. La quasi-totalité des équipements est pilotable par GPIB et la plate-forme dispose de plusieurs PC avec LabVIEW pour développer les programmes de test. Outre les équipements classiques (alimentations, GBF, AWG, multimètres, oscilloscopes), la plate-forme est équipée d’appareils de pointe spécifiques à différents types de caractérisation :

• composants
• capteurs et circuits basses fréquences
• circuits hautes fréquences

L’ensemble de ces moyens est principalement destiné à l’usage des chercheurs du laboratoire mais une activité de service à l’intention d’autres laboratoires ou d’industriels est également assurée. Les demandes peuvent simplement être adressées par courriel.

Composants

Nous disposons d’une table sous pointes (Karl Suss PM5) associée à deux analyseurs de paramètres (Agilent 4156C et E5260A) et un RLC-mètre (Agilent 4294A). L’un des analyseurs et le RLC-mètre ont été acquis durant le dernier quadriennal, tout comme le logiciel IC-CAP permettant de piloter en parallèle ces équipements et des simulateurs électriques pour mettre au point les procédures d’extraction des paramètres des modèles compacts développés dans l’équipe « Systèmes et microsystèmes hétérogènes ».

Table sous pointes

Avec ses 8 pointes, la table permet de facilement faire des mesures électriques sur des échantillons métalliques ou, pour les échantillons non métalliques, en y déposant une couche métallique, ce qui évite d’avoir à souder des fils métalliques sur l’échantillon. De plus, ce type d’équipement réduit les signaux parasites, d’une part parce que la boîte qui la contient protège de certains signaux parasites et, d’autre part, parce que le bruit dû aux signaux parasites jusqu’à la pointe est soustrait.

La table sous pointe est complétée par un microscope qui sert à la fois à positionner les pointes sur l’échantillon et à vérifier qu’elles ne l’endommagent pas.

Analyseur de paramètres

L’analyseur de paramètres Agilent 4156C permet l’extraction des paramètres électriques des composants élémentaires (transistors, microcapteurs ...). On l’utilise aussi pour extraire certaines caractéristiques de blocs analogiques complexes tels que les amplificateurs opérationnels,

Capteurs et circuits basses fréquences

Cet ensemble est composé de plusieurs équipements nécessaires pour caractériser les circuits en statique ou à basses fréquences. Les principaux sont trois centrales d’acquisition Agilent 34970A, un multimètre 8 digits ½ Agilent 3458A et 10 oscilloscopes dont trois ont été acquis durant le dernier quadriennal. Une enceinte thermique (Espec BTZ-175E) permet le test en température des circuits, un analyseur Agilent 35670A celui de signaux dynamiques, et l’analyse en bruit des circuits est réalisée à l’aide d’un analyseur de spectre HP 8591E. Enfin, les capteurs magnétiques sont caractérisés au moyen d’une bobine de Helmholtz 1D et d’une autre 3D qui, associées à une alimentation de puissance Agilent 6813B, peuvent générer des champs calibrés sur une dynamique de quelques millitesla.

Centrales d’acquisition

Les centrales d’acquisition Agilent 34970A comportent un multimètre intégré qui est un multimètre numérique 6 digits ½. Elles offrent plusieurs possibilités de mesure, dont des courants, des tensions, des fréquences et des températures. Grâce à leurs 20 voies elles permettent d’effectuer 20 acquisitions séparées.

Multimètre 8 digits ½

Ce multimètre permet de mesurer des courants et des tensions avec une résolution exceptionnelle puisque les multimètres standard ne vont que jusqu’à 3 digits à 5 digits 1/2. Il s’agit d’un équipement onéreux que peu de laboratoires détiennent.

Oscilloscopes

Les oscilloscopes les plus récemment acquis sont :

• un Lecroy WaveSurfer 434. Largeur de la bande passante : 350 MHz, vitesse d’échantillonnage : 2 giga-échantillons/s. 4 voies d’acquisition
• un Tektronix TDS 2014C/. Largeur de la bande passante : 100 MHz. Vitesse d’échantillonnage : 2 giga-échantillons/s. 4 voies d’acquisition
• un Tektronix TDS 5034B dont la mémoire est assez large pour acquérir et visualiser plusieurs périodes d’un signal basse fréquence largeur de la bande passante : 350 MHz, vitesse d’échantillonnage : 5 giga-échantillons/s, 4 voies d’acquisition

Enceinte thermique

Cette enceinte est l’équipement qui donne accès aux caractérisations en fonction de la température des composants et circuits. Ses dimensions sont de 50 cm de largeur, 30 cm de hauteur et 28 cm de profondeur. La température est réglable de -70 à 180°C.

Analyseur de signaux dynamiques

L’analyseur de signaux dynamiques Agilent 35670A permet de mesurer des fonctions de transferts et des spectres à basses fréquences, du continu à 102,4 kHz. Il est notamment utilisé pour mesurer les spectres de bruit en 1/f des microcapteurs.

Analyseur de spectre

Un analyseur de spectre sert à visualiser et mesurer l’amplitude d’un signal en fonction de sa fréquence. Il est ainsi possible d’étudier la réponse en fréquence d’un circuit, d’analyser les distorsions d’un signal, son bruit, etc. . Les caractéristiques de l’analyseur HP 8591E sont les suivantes :

• gamme de fréquences : 9 kHz à 1,8 GHz
• bande passante : 1 kHz à 3 MHz
• niveau de bruit : < -110 dB

Bobines de Helmholtz

Ces bobines, réalisées au laboratoire, sont utilisées pour la caractérisation des capteurs magnétiques. Elles génèrent un champ magnétique calibré, unidimensionnel pour l’une et tridimensionnel pour l’autre. Leur dynamique est de quelques milliteslas.

Alimentation de puissance

L’alimentation de puissance Agilent 6813B peut générer des tensions ou des courants alternatifs élevés, respectivement jusquà 300 V et 13 A. Elle est utilisée pour la caractérisation des capteurs magnétiques et des capteurs de courant sans contact développés au laboratoire.

Circuits hautes fréquences

La plate-forme dispose d’un certain nombre d’équipements plus particulièrement adaptés à la caractérisation des circuits hautes fréquences ainsi que des signaux lumineux rapides.

Oscilloscopes

• Agilent 54833D. Largeur de la bande passante : 1 GHz, Vitesse d’échantillonnage : 4 giga-échantillons/s
• Lecroy WaveMaster 806Zi. Largeur de la bande passante : 6 GHz, Vitesse d’échantillonnage : 80 giga-échantillons/s

Analyseur de spectre

Un analyseur de spectre sert à visualiser et mesurer l’amplitude d’un signal en fonction de sa fréquence. Il est ainsi possible d’étudier la réponse en fréquence d’un circuit, d’analyser les distorsions d’un signal, son bruit, etc. . Les caractéristiques de l’analyseur Rohde & Schwarz FSP3 sont les suivantes :

• gamme de fréquences : 9 kHz à 3 GHz
• bande passante : 1 Hz à 10 MHz
• niveau de bruit : < -110 dB

Analyseur de réseaux HP 8722C

• gamme de fréquences : 50 MHz à 40 GHz
• dynamique : > 87 dB
• niveau de bruit : < -90 dB

Caméra vidéo rapide Optronis CR600x2

• résolution du capteur : 1280x1024 pixels
• vitesse d’échantillonnage : 500 images/s
• vitesse maximale d’échantillonnage : 76 000 images/s
• taille du capteur : 22,95 mm