辐照导致电荷俘获存储器件可靠性失效机制研究

The study of irradiation induced reliability failure mechanisms of the charge trapping memory study is important in the radiation hardened space memory systems.This project focus on the physical mechanisms study of high-energy particles in the radiation environment result in oxide and interface trap generation.The density of the traps, the energy distribution of traps in the band gap and the physical model of the degradation will be investigated. This project will provid a theoretical support for the radiation harsh application.

在航空存储应用领域中，对辐照效应导致电荷俘获存储器件可靠性失效机理的分析研究是提高其抗辐照特性的前提和保证。本项目从深层次的物理机制方面着眼于辐照环境中高能粒子对电荷俘获存储器件可靠性的影响针对电离辐照所导致的在擦写过程中新缺陷的产生过程，缺陷陷阱的态密度，氧化层和界面陷阱的产生机制，缺陷陷阱在禁带中的能级分布，界面陷阱的退化机制以及建立电离辐照导致电荷俘获存储器件可靠性退化的物理模型方面展开研究。为优化其抗辐照特性提供一定的理论基础和技术支持。

尽管“快闪”芯片已展现出抗辐射应用潜力，但其在总剂量辐射下的电荷损失及缺陷形成物理机制尚缺乏研究。本项目以辐射引起的电荷损失机制、缺陷产生机制和退火阶段的恢复机制为研究重点，开展了应用于65nm Flash芯片的高压MOS管和Flash Cell器件的辐射效应物理机制研究。研究成果主要包括：.<1> 创新性的提出两种参数提取方法用以更准确的表征和分离辐照过程中MOSFET器件主管和寄生管的阈值电压和漏电流的退化。常规方法中，只通过较大的恒定漏端电流和栅压为0V的关态电流（Ioff）来提取器件阈值电压的退化，难以区分主管和寄生管的退化信息。新方法分别针对主管和寄生管的辐照相应特性采用不同的参数提取方法，寄生管处仍保留采用恒定漏端电流提取阈值电压，而主管处则采用最大跨导法，将器件主管和寄生管各自的退化响应有效分离，更加清晰精确的表征器件的辐照响应。本项目采用新方法有效分离了辐照过程中MOSFET器件主管和寄生管的阈值电压和漏电流的退化，结合电荷泵测试手段对界面态的辐照响应的表征，认为：辐照导致的寄生管中氧化层电荷的产生是器件的退化的主导原因。.<2> 创新性的搭建了器件级 60Co γ射线的在线辐照测量系统平台和表征技术。可以实时测量和表征辐照对器件存储特性的影响，以及辐照后器件电学特性在秒时间量级的恢复效应。通过对在线测试和离线测试结果的分析比较，可以有效分离出恢复效应对传统离线辐照测试的影响。.<3>通过对flash器件和高压MOSFET器件的在线测试分析，得出二者辐照后具有不同的恢复效应机制。对高压MOS器件，在辐照后的退火阶段1000s时间内，大概20%的阈值电压漂移和关态电流的退化可以得到恢复，而线性漏电流在整个辐照和退火阶段除了最初的时间外，一直表现着单调递减的趋势。而Flash Cell器件，辐照终止后，阈值电压的漂移也立即终止，并保持辐照停止时的状态。因此，在器件和外围电路设计时我们可针对不同的机制制定更有效的优化方案。