Apprenti ingénieur en Électronique - microélectronique

Stage numéro : Apprentis-2122-EL-01
Laboratoire :Centre de Physique des Particules de Marseille Case 902
 163 avenue de Luminy - 13288 Marseille Cedex 9
Directeur :Cristinel Diaconu - 04.91.82.72.01 - diaconu@cppm.in2p3.fr
Correspondant :William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr
Groupe d'accueil :Electronique
Chef de groupe :Patrick Pangaud - 04.91.82.72.64 - pangaud@cppm.in2p3.fr
Responsable de stage :Mohsine Menouni - +33 4 91 82 72 35 - menouni@cppm.in2p3.fr

Thématique : Electronique

Contexte


---

Les futurs développements microélectroniques des ASICs prévus pour les mises à niveau des expériences du grand collisionneur du CERN (LHC) ou pour les expériences auprès des futurs accélérateurs font face à des défis majeurs dépassant d’environ un ordre de grandeur les contraintes sur les développements menés jusqu’à présent.

La collaboration RD53 regroupant plusieurs instituts a été mise en place au CERN pour le développement de la future génération des circuits de lecture des pixels. Le CPPM fait partie de cette collaboration qui regroupe actuellement 24 instituts (européens et américains) s’intéressant à différents aspects de la conception et du test du circuit de lecture de type ASIC. Un premier circuit a été déjà développé par la collaboration en technologie CMOS 65 nm pour la future mise à niveau du détecteur prévue en 2026. Ce circuit de lecture mesure 2 cm × 2 cm et contient 160 000 pixels de 50 ?m × 50 ?m et est utilisé pour la production du niveau détecteur à pixels.

La collaboration RD53 s’intéresse actuellement à un nouveau développement basé sur la technologie CMOS 28 nm afin de réduire la taille des pixels (25 ?m × 25 ?m) et de satisfaire les contraintes de haute luminosité tout en améliorant la résolution spatiale et temporelle du détecteur.

Le travail de l’apprenti se fera dans le cadre de ce nouveau projet et sera reparti selon le calendrier suivant :

1 ère phase de la mission


---------

Dans un premier temps, le travail de l’apprenti consiste à étudier et comprendre l’architecture générale des circuits de lecture des pixels dans les expériences du LHC du CERN.

Arès l’étude et l’analyse des documents de référence liés au projet RD53 du CERN, l’apprenti s’intéressera au système de test développé par la collaboration pour la caractérisation de l’ASIC de lecture des pixels développé pour la future mise à niveau. Ce qui lui permettra d’acquérir une bonne expérience concernant l’analyse, la compréhension et la vérification des performances d’un circuit à pixels conçus pour la grande expérience du CERN.

2 ème phase de la mission


---------

Cette étape sera dédiée au test et caractérisation du circuit prototype développé au CPPM avec le process CMOS 28 nm et contenant une matrice de pixels de petite taille (25 ?m × 25 ?m) ainsi que des circuits pour le test et la qualification du process. Il travaillera au sein de l’équipe de test du CPPM et participera à l’adaptation d’un banc de test existant pour la mesure et la caractérisation du nouveau circuit prototype. Le débogage des différentes fonctions du banc lui permettra de connaître les différentes fonctionnalités et à maîtriser l’utilisation des différents appareils de mesures. Ce qui lui permettra d’initier un travail d’amélioration du système de test en participant à titre d’exemple au développement d’une interface utilisateur visant à faciliter l’utilisation du banc de test en incluant un paramétrage intuitif et convivial.

3 ème phase de la mission


---------

La dernière phase du travail consiste à participer à la conception microélectronique dans le cadre de l’ASIC prototype grande échelle à développer pour l’expérience RD53 du CERN. Il prendra en charge la conception d’un bloc spécifique de type analogique ou digital. Ce travail se fera au sein de l’équipe conception du CPPM et fera l’objet du projet de fin d’étude de l’apprenti ingénieur.

A l’issue de ce travail, il aura acquis une bonne expérience dans le domaine de conception de circuits intégrés et aura appris à utiliser les différents outils de conception. Il s’intéressera par la suite aux tests fonctionnels du circuit et à l’étude de l’évolution des paramètres du système en fonction de la température et effectuera en particulier des mesures détaillées des performances à -20°C considérée comme la température nominale de fonctionnement du détecteur.

La mission proposée est en parfaite adéquation avec les matières enseignées en formation théorique et pratique. En effet, ce travail fait appel à des connaissances techniques relevant du domaine de l’électronique, l’instrumentation, l’informatique et des techniques de programmation. Il fait également appel à des connaissances d’ordre général nécessitant de connaitre les techniques de communication dans un environnement où l’anglais est la langue usuelle.

Au CPPM, le travail sera effectué au sein d’une équipe de plusieurs ingénieurs en conception et test de circuits intégrés. L’apprenti pourra compter sur les différentes compétences techniques au niveau design d’ASICs, de systèmes ou au niveau des tests.

Des réunions hebdomadaires sont organisées pour faire le point sur l’avancement du travail. L’apprenti participera à ces réunions et présenter son travail en mentionnant les plannings, l’avancement et les difficultés rencontrées. Ces réunions lui donneront l’occasion de suivre de près le travail effectué par les différents membres du groupe que ce soit au niveau de la conception ou bien au niveau du test.

Régulièrement, l’apprenti sera tenu de rédiger un compte rendu du travail effectué, des résultats de test ainsi que l’analyse et l’interprétation des différents résultats.

Il devrait fournir une documentation claire incluant un manuel d’utilisation des éléments développés et rajoutés au banc de test (programmes, interfaces …).

Dans la mesure du possible, l’apprenti participera activement aux réunions de collaboration RD53 qui se tiennent par visio-conférence toutes les semaines. Il devra présenter son travail et communiquer les différents résultats à l’ensemble de la collaboration. De ce fait, il pourra acquérir d’une manière progressive une vue globale sur l’ensemble du projet.