Imagerie thermique de composants actifs
Compte tenu des fréquences et densités d’intégration atteintes aujourd’hui, la gestion des phénomènes thermiques est un aspect crucial pour la conception des circuits intégrés. Ainsi, le packaging de ces circuits (boîtiers) est thermiquement optimisé ; les processeurs sont fragmentés en plusieurs cœurs de manière à faciliter l’évacuation de la chaleur ; les jonctions et transistors élémentaires utilisent des formes, des concepts et des matériaux permettant une consommation et une dissipation minimales ; les substrats eux-mêmes peuvent comporter des structurations verticales (SOI, Silicon On Insulator) dont les composantes sont choisies afin d’évacuer au mieux les calories. Tout, depuis l’échelle de la carte électronique imprimée (quelques cm) jusqu’à celle du transistor élémentaire (quelques nm), est pensé de manière à limiter la puissance consommée et à faciliter la dissipation de la chaleur.
Au-delà de ces préoccupations industrielles, de nombreux dispositifs actuellement développés en recherche utilisent également des techniques issues de la microélectronique. Les MEMS, les dispositifs microfluidiques, ou encore les micro et nano-calorimètres soulèvent évidemment des problématiques analogues et nécessitent une connaissance précise des températures locales et des propriétés thermiques.
Nous avons mis au point plusieurs instruments basés sur la mesure des variations de réflectivité locales induites par un échauffement. Cette mesure, effectuée sous un éclairage incohérent de longueur d’onde suffisamment courte, permet d’obtenir d’excellentes résolutions spatiales.
Du proche infrarouge à l’ultra violet, en fonction de la zone à analyser, ces systèmes permettent d’obtenir rapidement des images de température d’une résolution allant jusqu’à 300 nm, en utilisant des caméras CCD.
Quelques exemples de résultats
Image thermique d’une résistance en Silicium polycristallin, (50 ohms) soumise à une tension de 3.5 V. Les zones de plus forte densité électronique, près des angles, sont clairement visibles.
Images optique (à gauche) et thermique (à droite) d’une matrice contenant plusieurs milliers de transistors. En fonctionnement, l’échauffement dans les pistes est apparent.
Image thermique d’une zone défectueuse dans une matrice de transistors similaire. Le transistor défectueux est clairement localisé, sous plusieurs micromètres de diélectrique de passivation. La résolution spatiale est de 340 nm.
Image de température étalonnée sur un laser à émission verticale (VCSEL) clivé perpendiculairement à sa direction d’émission de manière à visualiser (à gauche) la température à l’intérieur de la structure, en fonctionnement.
Pour plus de détails sur la technique :
- Thermoréflectance sur composants actifs
