Technologies à double usage dans le domaine de l'électronique résistante aux rayonnements

Dans le paysage en constante évolution de l'électronique, les effets des radiations sur les circuits intégrés restent une préoccupation importante pour l'industrie et l'armée. Li Chen, professeur d'ingénierie électrique et informatique à l'université de Saskatchewan, mène des recherches pionnières sur les effets des rayonnements et les techniques d'atténuation. Les composants électroniques résistants aux rayonnements sont essentiels pour les missions spatiales, les centrales nucléaires et l'industrie automobile, en particulier avec l'essor des véhicules autonomes.

La double utilisation des composants électroniques résistants aux rayonnements est évidente au vu de leur potentiel dans le domaine des applications de défense. Les satellites militaires fonctionnent dans des champs de rayonnement élevés, et les aéronefs et les véhicules terrestres peuvent également fonctionner dans des zones où les niveaux de rayonnement sont élevés, par exemple à proximité d'installations nucléaires menacées ou de zones de conflit. Les connaissances issues des essais de résistance aux rayonnements effectués sur les circuits peuvent avoir une incidence considérable sur les décisions en matière d'approvisionnement dans le domaine de la défense. 

Si les protons et les ions lourds font l'objet d'une grande attention dans les environnements spatiaux, les neutrons jouent un rôle essentiel au niveau du sol. Comme l'explique le professeur Chen, lorsque des particules chargées traversent l'atmosphère, elles perdent de l'énergie et génèrent des particules secondaires, notamment des neutrons. Ces neutrons constituent le principal type de rayonnement atteignant la surface de la Terre, ce qui les rend particulièrement importants pour les équipements électroniques à usage commercial et militaire fonctionnant dans la basse atmosphère ou au sol. 

Bien que les protons et les ions lourds constituent une préoccupation majeure dans les applications spatiales, ce sont les neutrons qui prédominent dans le rayonnement au niveau du sol car ils sont générés lorsque ces particules chargées entrantes interagissent avec l'atmosphère. Ces neutrons ont un impact considérable sur les équipements électroniques à la surface de la Terre ou à proximité.

Par exemple, Cisco - un partenaire industriel clé de Chen - exploite de nombreux serveurs de réseau au niveau du sol qui sont vulnérables aux effets d'événements ponctuels résultant d'interactions neutroniques. Pour relever ces défis, l'équipe du professeur Li Chen a réalisé des tests neutroniques à la source de neutrons ISIS, au Royaume-Uni. Leurs travaux établissent un lien entre l'impact du rayonnement neutronique sur les composants électroniques des serveurs et les performances réelles des appareils, fournissant ainsi des informations précieuses pour améliorer la fiabilité des réseaux.  

Les recherches du professeur Chen intègrent à la fois des méthodes à l'échelle du laboratoire, telles que l'injection de défauts par laser pulsé, et des installations de faisceaux de rayonnement à l'échelle nationale afin de tester de manière rigoureuse les circuits électroniques. S'appuyant sur des technologies de fabrication de pointe allant de 7nm à 130nm, son équipe conçoit des composants électroniques résistants aux radiations. Leurs innovations - notamment les bascules et les microcontrôleurs résistants aux rayonnements - sont spécifiquement conçues pour résister aux effets d'événements ponctuels ainsi qu'aux effets de la dose totale cumulée, garantissant ainsi des performances fiables, même dans des environnements extrêmement hostiles.

M. Chen a récemment publié des résultats démontrant que l'un de ses microcontrôleurs, basé sur l'architecture RISC-V et utilisant principalement des composants open-source, présente une tolérance exceptionnelle aux rayonnements. Ce dispositif a été comparé à un "gilet pare-balles" électronique en raison de sa capacité à résister à des environnements extrêmement hostiles. À ce jour, aucun autre microcontrôleur comparable n'offre un niveau similaire de résistance aux rayonnements.

Certains des résultats des recherches du professeur Chen sont commercialisés par le biais de la propriété intellectuelle détenue par ses partenaires de recherche. Dans le même temps, son équipe a préservé certains savoir-faire exclusifs essentiels et explore des voies pour commercialiser directement ces innovations.

MDA Space est un partenaire de recherche clé, ce qui souligne l'importance stratégique de l'électronique résistante aux rayonnements pour les applications industrielles et de défense. En tant que principal fournisseur de l'armée canadienne, MDA fournit des capteurs, des équipements de communication et une gamme de systèmes électroniques utilisés dans les avions, les navires et les installations terrestres. Leurs intérêts commerciaux sont étroitement liés à la nécessité de disposer de technologies résistantes, capables de fonctionner de manière fiable dans des environnements difficiles.

En relevant systématiquement les défis posés par les rayonnements - des protons et des ions aux neutrons - et en concevant des systèmes électroniques résistants et à double usage, l'équipe de M. Chen fait progresser les technologies qui protègent à la fois les infrastructures civiles et les ressources militaires. Leurs travaux illustrent la manière dont la recherche menée dans des installations de test de rayonnement, y compris des installations de faisceaux de neutrons, peut stimuler l'innovation dans le secteur industriel comme dans le domaine de la sécurité nationale.