Функциональные отказы в микросхемах флэш-памяти от воздействия ионизирующих излучений космического пространства

• Автор: Петров, Андрей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОСОБЕННОСТИ

И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МИКРОСХЕМ ФЛЭШ-ПАМЯТИ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ РАБОТЫ

1.1. Основные технологии изготовления микросхем флэш-памяти

и тенденции их развития

1.2. Анализ наблюдаемых видов функциональных отказов в мик-

росхемах флэш-памяти от воздействия ИИ КП

1.3. Комплексный анализ проблемной ситуации и постановка за-

дачи экспериментального исследования функциональных

сбоев в микросхемах флэш-памяти

1.4. Выводы по разделу
Глава 2. ИНЖЕНЕРНАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СТОЙ-
КОСТИ МИКРОСХЕМ ФЛЭШ-ПАМЯТИ ПО ЭФФЕКТАМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СБОЕВ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОНИ-ЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА
2.1. Инженерная модель потери заряда в ячейках флэш памяти
2.2. Методики экспериментальных исследований функциональ-
ных сбоев от воздействия ОЯЧ
2.3. Методика экспериментальных исследований функциональных
отказов флэш-памяти при дозовом воздействии
2.4. Выводы по разделу
Глава 3. БАЗОВЫЕ АЛГОРИТМЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
ОЦЕНКИ СТОЙКОСТИ МИКРОСХЕМ ФЛЭШ-ПАМЯТИ ПО ЭФФЕКТАМ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОТКАЗОВ
3.1. Базовые алгоритмы оценки стойкости микросхем флэш-
памяти к воздействию ионизирующих излучений космического пространства по эффектам функциональных отказов
3.2. Аппаратно-программные средства экспериментального ком-
плекса
3.3. Выводы по разделу

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИССЛЕДОВАНИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СБОЕВ В МИКРОСХЕМАХ ФЛЭШ-ПАМЯТИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИИ КП
4.1. Экспериментальные результаты исследований стойкости микросхем флэш-памяти к воздействию ОЯЧ и рекомендации по ее повышению
4.2. Экспериментальные результаты исследований дозовой стойкости микросхем флэш-памяти и рекомендации по ее повышению
4.3. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы
Диссертация направлена на решение актуально!} научно-технической задачи развития методик и аппаратно-программного комплекса для экспериментальных исследований функциональных отказов микросхем флэш-памяти вследствие дозо-вых и одиночных эффектов от воздействия ионизирующих излучений космического пространства (ИИ КП).
Актуальность темы диссертации
В настоящее время микросхемы флэш-памяти широко используются в системах управления, вычислительных комплексах и целевой аппаратуре военного и космического назначения для хранения кодов программ и получаемых в ходе работы данных. Преимуществами флэш-памяти являются энергонезависимость, возможности перепрограммирования в составе системы и большой объем хранимой информации (гигабайты — терабайты) при приемлемой стоимости.
На сегодняшний день проектные нормы современных микросхем флэш-памяти уменьшились до 15 нм при максимальном достигнутом объеме 128 Гбит на одном кристалле. С уменьшением проектных норм в технологию производства вносятся различные изменения (применение 1^й-к диэлектриков, отделяющих элемент хранения ячейки; применение слоя нитрида кремния или нанокристаллов в качестве элемента хранения; изменяется геометрия ячейки и др.). Также развивается технология ЗО-флэш-памяти с вертикальным расположением ячеек памяти.
Помимо ячеек памяти (накопитель) в состав микросхем флэш-памяти входят различные управляющие узлы (генератор повышенного напряжения, буферная память, контроллер состояний, выходные цепи и др.). От воздействия ионизирующих излучений космического пространства в накопителе и в управляющих узлах микросхемы могут проявляться различные функциональные отказы — состояния, в которых микросхема неспособна выполнять свои прямые функции. Функциональные отказы могут проявляться в виде потери информации в ячейке накопителя флэш-памяти, невозможности ее перезаписи, наличия ошибок при считывании и т.д. В отличие от оперативных запоминающих устройств, потеря информации или ошибки считывания рассматриваются как отказы, так как флэш-память рассматривается в составе аппаратуры, как правило, как постоянное энергонезависимое запоминающее устройство.
- захват термализированных дырок в ONO слое;
- образование ловушек в туннельном окисле;
Как показано в [66], оба механизма могут приводить к деградации порогового напряжения ячеек, статистически описываемой распределениями Вейбулла с близкими по значению коэффициентами. Поэтому наблюдаемые экспериментально результаты могут быть как следствием параллельной работы двух механизмов, так и доминирующего влияния одного из них. Авторами делается предположение, что первый механизм является доминирующим при низких и умеренных дозах, а второй доминирует при дозах более 1 Мрад.
Dose (krad)
Рисунок 22 - Зависимость изменения порогового напряжения ячеек NROM памяти от накопленной дозы для различных источников излучения (для ячеек в запрограммированном состоянии)
Приведенная на рисунке 12 зависимость также свидетельствует, что в некоторых случаях даже для запрограммированных ячеек наблюдается положительный сдвиг порогового напряжения. Это объясняется возможностью в редких случаях захвата в нитриде горячих электронов с энергией достаточной для преодоления потенциального барьера. Преобладание ячеек, в которых происходит отрицательный сдвиг порогового напряжения объясняется захватом носителей преимущественно в диэлектриках, окружающих нитрид (для диэлектриков, как известно, сечение захвата электронов обычно много меньше, чем дырок).