microbik.ru
1

УДК 621.38(06) Электроника




А.Л. ВАСИЛЬЕВ, А.В. ЯНЕНКО

Московский инженерно–физический институт (государственный университет)



ИССЛЕДОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ СБОЕВ И ОТКАЗОВ
ОТ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ПРОТОНОВ
В МИКРОСХЕМАХ ПАМЯТИ ТИПА NAND–FLASH

Предложен алгоритм тестирования микросхем памяти типа NAND-FLASH с учетом их внутренней структуры и потенциально возможных эффектов при воздействии высокоэнергетических ядерных частиц. Доработан и апробирован аппаратно-программный комплекс для исследований сбоев в NAND-FLASH при воздействии высокоэнергетичных протонов.
Параметры больших интегральных микросхем (БИС) флэш-памяти типа NAND-FLASH, к которым относятся компактность, высокая емкость хранения данных и помехоустойчивое кодирование, делает их привлекательными для реализации энергонезависимой памяти больших объемов в системах управления и сбора данных, в том числе и для космического применения. Для адекватного прогнозирования параметров чувствительности БИС NAND-FLASH к воздействию высокоэнергетических частиц космического пространства (КП) требуется построение исследовательской аппаратуры с учетом особенностей архитектуры БИС NAND-FLASH и специфики механизмов сбоев и отказов, которые могут вызывать высокоэнергетические частицы КП в БИС FLASH-памяти.

Как показали ранее проведенные исследования [1], при воздействии тяжелых заряженных частиц в БИС FLASH памяти возможны как обратимые сбои, так и необратимые отказы. К сбоям относится искажение информации при считывании (при этом информация в ячейке памяти не изменяется) или в в ячейках памяти при записи. Эти отказы обусловлены сбоями в периферийных по отношению к накопителю структурах. Необратимые отказы в ячейках связаны с проколом подзатворного диэлектрика, что приводит не только к потере информации но и к невозможности правильного функционирования ячейки. Условия для возникновения прокола диэлектрика возникают в режимах записи и стирания, когда к затвору прикладывается повышенное напряжение.

Типовая упрощенная структурная схема NAND FLASH памяти показана на рис 1. Основной особенностью такой структуры с точки зрения чувствительности к одиночным заряженным частицам является наличие большой регистровой структуры для промежуточного хранения данных, которая нужна для обеспечения быстрого страничного обмена информации. Эта структура, а так же ряд других регистровых структур, обеспечивающих автоматику работы флэш-памяти в различных режимах, являются потенциально чувствительными к одиночным сбоям от ОЯЧ.



Рис. 1. Типовая структура памяти с архитектурой NAND
Для эффективного обнаружения одиночных сбоев и отказов в NAND-FLASH в последовательности тестирования должны присутствовать циклы записи или программирования, а также необходимо учитывать, что при программировании и считывании данные некоторое время находятся в буфере хранения данных. Предлагаемый алгоритм тестирования NAND-FLASH памяти включает в себя циклы считывания, стирания-считывания, записи-считывания, при этом при обнаружении ошибок производится многократное повторное считывание данных с целью селекции источника ошибки – накопитель или буфер хранения данных.

Предлагаемый алгоритм был реализован в составе разработанного раннее блока функционального контроля БИС NAND FLASH [2] и апробирован при испытаниях БИС на ускорителе протонов (1 ГэВ, ИТЭФ, г. Москва).
Список литературы


  1. H. R. Schwartz, D. K. Nichols, A. H. Johnston, “Single-Event Upset in Flash Memories”// IEEE Trans. Nucl. Sci. – vol. NS-44. - №6. – 1997. pp. 2315-2324.

  2. Васильев А.Л. Универсальное устройство для контроля микросхем флэш памяти при радиационных испытаниях.// научная сессия МИФИ - 2005 – сб. научн. трудов – 2005. т.15. – с.99 - 100.

Д.В. БОЙЧЕНКО1, А.А. БОРИСОВ1, Л.Н. КЕССАРИНСКИЙ1, С.В. ШВЕДОВ2

1Московский инженерно-физический институт (государственный университет),

2УП «Белмикросистемы»
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ МОЩНОСТИ ДОЗЫ
В ИС АНАЛОГОВОГО КЛЮЧА С МАЛЫМ ВХОДНЫМ
ТОКОМ



  • Исследовано радиационное поведение ИС аналогового ключа при воздействии импульсного ионизирующего излучения (ИИИ). Увеличение толщины эпитаксиальной пленки N-типа и сильнолегированного N+ скрытого слоя ИС позволило повысить стойкость к тиристорному эффекту.


В работе проведены исследования ИС счетверенного аналогового ключа, изготовленной по КМОП технологии с изоляцией диэлектрическими карманами, на стойкость к воздействию ИИИ при температурах +25С; +85С.

При исследовании эффектов мощности дозы контролировались следующие параметры ИС: ток потребления при низком уровне управляющего напряжения, ток потребления при высоком уровне управляющего напряжения.

В результате экспериментальных исследований установлено, что доминирующим радиационным эффектом при воздействии ИИИ является тиристорный эффект, что не характерно для КМОП ИС с изоляцией диэлектрическими карманами (рис. 1). Уровень ИИИ возникновения ТЭ не зависит от температуры облучения в диапазоне температур от +25С до +85С.



100мА/дел., 5мс/дел

Рис. 1. Отклик тока потребления при низком уровне

управляющего напряжения ИС аналогового ключа (ТЭ)
В результате анализа экспериментальных данных и топологии ИС установлено, что причиной возникновения тиристорного эффекта является используемая в технологическом маршруте исходная низкоомная подложка без эпитаксиальной пленки.

Для повышения уровня возникновения ТЭ в топологию ИС была добавлена эпитаксиальная пленка N-типа, а также сильнолегированный N+ скрытый слой.

В результате исследований скорректированных ИС аналогового ключа установлено, что уровень возникновения тиристорного эффекта в ИС аналогового ключа увеличился на два порядка независимо от температуры облучения.

Наличие сильнолегированного скрытого слоя, под P-карманами, дало возможность ослабить паразитный тиристорный эффект при воздействии ИИИ без изменения топологического рисунка слоев структуры, но не позволило исключить его.

Исследования скорректированных микросхем подтвердили первоначальный вывод о причинах возникновения тиристорного эффекта.

Результаты проведенных исследований показывают, что причиной отпирания паразитных структур, приводящее к возникновению тиристорного эффекта, является исходная низкоомная подложка без эпитаксиальной пленки ИС аналогового ключа.

Т.о. наличие ТЭ в ИС аналоговых ключей зависит не только от технологии изготовления, но и от используемой схемотехники.
Список литературы


  1. Никифоров А.Ю., Телец В.А, Чумаков А.И. Радиационные эффекты в КМОП ИС.  М.: Радио и связь, 1994. – с. 164.




______________________________________________________________________

ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 1