Influence of triple-well technology on laser fault injection and laser sensor efficiency

International audienceThis study is driven by the need to understand the influence of a Deep-Nwell implant on the sensitivity of integrated circuits to laser-induced fault injections. CMOS technologies can be either dual-well or triple-well. Triple-well technology has several advantages compared to dual-well technology in terms of electrical performances. Single-event responses have been widely studied in dual-well whereas SEE (single event effects) in triple-well is not well understood. This paper presents a comparative analysis of soft error rate and countermeasures sensors with for these two techniques in 40 nm and 90 nm CMOS technology. First, laser fault injection on registers were investigated, showing that triple-well technology is more vulnerable. Similarly, we studied the efficiency of Bulk Built-In Current Sensors (BBICS) in detecting laser induced fault injection attempts for both techniques. This sensor was found less effective in triple-well. Finally, a new BBICS compliant with body-biasing adjustments is proposed in order to improve its detection efficiency

Waveguide-Based Photonic Sensors: From Devices to Robust Systems

Integrated photonic sensor systems are miniaturized, mass-producible devices that leverage the mature semiconductor fabrication technology and a well-established ecosystem for photonic circuits. This book aims at a holistic treatment of waveguide-based photonic sensor systems by analyzing photonic waveguide design, photonic circuit design and readout design. Across all levels, a special emphasis is given to system-level performance optimization under realistic environmental conditions

NASA SBIR abstracts of 1991 phase 1 projects

The objectives of 301 projects placed under contract by the Small Business Innovation Research (SBIR) program of the National Aeronautics and Space Administration (NASA) are described. These projects were selected competitively from among proposals submitted to NASA in response to the 1991 SBIR Program Solicitation. The basic document consists of edited, non-proprietary abstracts of the winning proposals submitted by small businesses. The abstracts are presented under the 15 technical topics within which Phase 1 proposals were solicited. Each project was assigned a sequential identifying number from 001 to 301, in order of its appearance in the body of the report. Appendixes to provide additional information about the SBIR program and permit cross-reference of the 1991 Phase 1 projects by company name, location by state, principal investigator, NASA Field Center responsible for management of each project, and NASA contract number are included

Waveguide-Based Photonic Sensors: From Devices to Robust Systems

Integrierte photonische Sensorsysteme bestehen aus miniaturisierten, massenproduktionstauglichen Bauelementen, die sich einerseits die ausgereifte Halbleitertechnologie zu Nutze machen, und die sich andererseits aus dem Baukasten vorhandener photonischer Komponenten bedienen, welche ins-besondere für Telekommunikationsanwendungen entwickelt wurden. Integrierte photonische Sensorsysteme kombinieren einen integrierten photonischen Schaltkreis (photonic integrated circuit, PIC), optoelektronische Lichtquellen und Photodetektoren, sowie elektronische Komponenten für die Signalerzeugung und Signalverarbeitung. Die optoelektronischen Komponenten sind entweder direkt auf dem PIC integriert oder sind externe Komponenten, in beiden Fällen wird das Licht in Wellenleiter auf dem PIC ein- und anschließend wieder ausgekoppelt. In solch einem System dient der PIC als Sensorelement, welches so entworfen wird, dass sich die optische Transmission mit hoher Sensitivität von den zu detektierenden Änderungen in seiner Umgebung beeinflusst wird. Ein wichtiges Beispiel ist ein biochemischer Sensor-PIC, welcher über Wellenleiter mit funktionalisierten Wellenleiteroberflächen die Adsorbtion von Molekülen detektieren kann. Eine Besonderheit ist, dass hierfür keine Markierung der zu detektierenden Molekülgruppen wie z.B. Floureszenzfarbstoffe notwendig sind, weshalb solche Verfahren als „label-free“ bezeichnet werden. Durch die Kompaktheit der entsprechenden Sensorelemente können eine Vielzahl von Sensoren parallel innerhalb eines einzelnen Chips auf einer Fläche im Bereich von nur einem Quadratmillimeter realisiert werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist eine ganzheitliche Betrachtung von integrierten photonischen Sensorsystemen auf mehreren Abstraktionsebenen. Die Betrachtung beinhaltet eine detaillierte Analyse des photonischen Wellenleiterdesigns auf der untersten Abstraktionsebene, des photonischen Schaltungsdesigns und des Systemdesigns inklusive der Elektronik, der Lichtquellen und der Photodetektoren auf der mittleren Abstraktionsebene, sowie eine Analyse des Ansteuer- sowie Ausleseverfahrens um hochpräzise, eindeutige Messdaten zu generieren auf der obersten Abstraktionsebene. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Optimierung der Leistungsfähigeit auf der Gesamtsystemebene, sowie auf der Kompensation von unvermeidbaren Variationen der Komponenteneigenschaften, welche unweigerlich mit einer Massenproduktion sowie mit einem energieeffizienten Sensorbetrieb unter realistischen Umgebungsbedingungen einhergehen. Nach einem kurzen Überblick über wesentliche Ergebnisse dieser Arbeit folgt in den Kapiteln 1 bis 6 die eigentliche Abhandlung der Inhalte. Die darauffolgenden Anhänge beinhalten weiterführende konzeptionelle und mathematische Details sowie Verzeichnisse der Literaturangaben, der Akronyme, der verwendete mathematischen Symbole, der Figuren, der Tabellen und der Publikationen. Im Anschluss daran folgt eine Danksagung so-wie ein Lebenslauf des Autors. Teile dieser Arbeit wurden bereits in Patenten [P1], [P2], internationalen Fachjournalen [J1], [J2], sowie in einem Konferenzbeitrag [C1] publiziert. Die Hauptkapitel 1 bis 6 dieser Arbeit sind wie folgt strukturiert: Kapitel 1 gibt eine Einführung in das Gebiet der integrierten photonischen Sensorsysteme und behandelt hierbei optische Sensoren, relevante Anwendungen und die Entstehung der integrierten photonischen Technologie aus der elektronischen Halbleiterindustrie. Weiterhin wird der Umfang der in dieser Arbeit durchgeführten Analyse aufgezeigt. Kapitel 2 stellt die mathematischen und konzeptionellen Grundlagen integrierter photonischer Sensorsysteme zusammen und behandelt hierbei die Propagation von elektromagnetischen Wellen in photonischen Wellenleitern und den wellenleiterbasierten Sensormechanismus über den effektiven Brechungsindex einer optischen Mode. Weiterhin bietet es einen umfassenden Überblick über das komplette Sensorsystem ausgehend von phasensensitiven photonischen Schaltkreisen über die wichtigsten Systemkomponenten und deren technologischen Herausforderungen bis hin zu einer Gegenüberstellung der geläufigsten Systemkonfigurationen und Auslesekonzepte. Kapitel 3 analysiert das Design integrierter photonischer Wellenleiter für Sensoranwendungen. Dieses Kapitel bietet physikalische Einsichten und umfängliche Designleitlinien, mit Hilfe derer für eine bestimmte Messaufgabe eine passende photonische Integrationsplattform, ein Wellenleitertypus, eine Modenfamilie sowie eine optimierte Wellenleitergeometrie aus-gewählt werden können. Grundlage hierfür ist die Wechselwirkung einer geführten Wellenleitermode mit einer Änderung des Wellenleiterquerschnittes, die durch die zu bestimmende Messgröße hervorgerufen wird. Diese Wechselwirkung wird quantitativ durch den Feldinteraktionsfaktor beschrieben. Kapitel 4 analysiert die Leistungsfähighkeit und die Limitierungen des gesamten photonischen Systems inklusive der phasensensitiven photonischen Schaltkreise, der Lichtquellen und Photodetektoren, sowie des elektrischen Ansteuer- sowie Ausleseverfahrens. Ein besonderes Augenmerk liegt hier-bei auf Systemen, welche für eine kosteneffiziente Großserienproduktion ausgelegt wurden. Hierbei spielen insbesondere Variationen der Komponenteneigenschaften eine Rolle, welche unweigerlich mit einer Massenproduktion sowie einem energieeffizienten Sensorbetrieb unter realistischen Umgebungsbedingungen einhergehen. Kapitel 5 stellt ein besonders robustes photonisches Sensorsystem vor, welches, basierend auf den Erkenntnissen aus den Kapiteln 3 und 4, für Sensoranwendungen außerhalb idealisierter Laborbedingungen und explizit für eine Großserienproduktion geeignet ist. Basierend auf einem integrierten Mach-Zehnder-Interferometer mit drei um 120° phasenverschobenen Ausgangssignalen wird ein spezielles Ansteuer- und Ausleseverfahren demonstriert, welches eine instantane Selbstkalibration und eine jederzeit eindeutige Phasenmessung ermöglicht. Kapitel 6 fasst die wesentlichen Ergebnisse und Schlussfolgerungen zusammen und identifiziert offene Herausforderungen für eine erfolgreiche Kommerzialisierung integrierter photonischer Sensorsysteme

Waveguide-Based Photonic Sensors: From Devices to Robust Systems

Integrated photonic sensor systems are miniaturized, mass-producible devices that leverage the mature semiconductor fabrication technology and a well-established ecosystem for photonic circuits. This book aims at a holistic treatment of waveguide-based photonic sensor systems by analyzing photonic waveguide design, photonic circuit design and readout design. Across all levels, a special emphasis is given to system-level performance optimization under realistic environmental conditions

Fiber optic control system integration

A total fiber optic, integrated propulsion/flight control system concept for advanced fighter aircraft is presented. Fiber optic technology pertaining to this system is identified and evaluated for application readiness. A fiber optic sensor vendor survey was completed, and the results are reported. The advantages of centralized/direct architecture are reviewed, and the concept of the protocol branch is explained. Preliminary protocol branch selections are made based on the F-18/F404 application. Concepts for new optical tools are described. Development plans for the optical technology and the described system are included

Space Tug avionics definition study. Volume 4: Supporting trade studies and analyses

Analyses and trade studies were performed for the evaluation of the most desirable solutions to space tug subsystem requirements. These were accomplished at system, subsystem, and at component levels. The criteria, the candidate options evaluated, the selection process, and the recommended solutions that have been integrated together in the configuration descriptions are reported

Development of a novel iron-manganese alloy and its application

Aluminum alloys enable lighter fuel efficient cars making them attractive for automotive applications but they exhibit poor tribological properties. Industrial coatings practices for wear protection are not suitable to protect aluminum as they lack compatible material and feasible manufacturing processes. The purpose of this research is hence twofold: development of a low cost material and a suitable manufacturing process to improve wear resistance of widely used Aluminum alloys The material was iteratively developed from existing Iron manganese (Fe-Mn) alloys which are used extensively in mining applications. Influence of aluminum, chromium and carbon were studied in order to improve both corrosion and wear resistance of the alloy. A laser cladding process was utilized to create desired alloys. Studies were then conducted to understand phase, wear and corrosion property evolution. It was found that at an optimum composition, the material would barely form a galvanic couple with base aluminum alloy. Wear resistance of the alloy was found to be superior to that of conventional stainless steel. The Fe-Mn alloys are one of the hardest steels to work with. They are also susceptible to oxidation and depletion of manganese during processing. Hence existing coating processes are not suitable for deposition. To this end, cold gas dynamic spray (CS) was utilized to deposit Fe-Mn alloys. In order to improve CS deposition efficiency, the process was at first numerically modeled with experimental feedback. In the next step, a novel coaxial laser assisted cold spray process was utilized to enhance deposition. The improved process resulted in Fe-Mn coatings with multifold improvement in deposition rate and bond strength at significantly lower powers densities than competing complex technologies. The influence of laser on bonding mechanism was then studied through a splat level analysis and auger spectroscopy was utilized to understand variations in chemical composition due to the laser irradiation. As a proof of concept, Fe-Mn alloy was coated onto aluminum pucks and evaluated in a scaled disc brake test environment. The material system and deposition process were found suitable and hence present a potential solution to manufacture coated brake rotors.Ph.D.College of Engineering and Computer ScienceUniversity of Michigan-Dearbornhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/112054/1/VIKRAM FINAL DISSERTATION.pdfDescription of VIKRAM FINAL DISSERTATION.pdf : Dissertatio

Application of advanced technology to space automation

Automated operations in space provide the key to optimized mission design and data acquisition at minimum cost for the future. The results of this study strongly accentuate this statement and should provide further incentive for immediate development of specific automtion technology as defined herein. Essential automation technology requirements were identified for future programs. The study was undertaken to address the future role of automation in the space program, the potential benefits to be derived, and the technology efforts that should be directed toward obtaining these benefits

The NASA SBIR product catalog

The purpose of this catalog is to assist small business firms in making the community aware of products emerging from their efforts in the Small Business Innovation Research (SBIR) program. It contains descriptions of some products that have advanced into Phase 3 and others that are identified as prospective products. Both lists of products in this catalog are based on information supplied by NASA SBIR contractors in responding to an invitation to be represented in this document. Generally, all products suggested by the small firms were included in order to meet the goals of information exchange for SBIR results. Of the 444 SBIR contractors NASA queried, 137 provided information on 219 products. The catalog presents the product information in the technology areas listed in the table of contents. Within each area, the products are listed in alphabetical order by product name and are given identifying numbers. Also included is an alphabetical listing of the companies that have products described. This listing cross-references the product list and provides information on the business activity of each firm. In addition, there are three indexes: one a list of firms by states, one that lists the products according to NASA Centers that managed the SBIR projects, and one that lists the products by the relevant Technical Topics utilized in NASA's annual program solicitation under which each SBIR project was selected