电荷俘获存储器件的总剂量辐射效应机制研究

The charge trapping memory (CTM) is considered to be the most promising alternative to floating gate memory device, due to its high reliability and advantage in 3D integration. Although CTM devices have demonstrated good resistance to radiation, the physical mechanisms of charge loss and tunnel oxide defect generation during total dose radiation (TID) are still not clearly understood yet. . The project firstly plans to develop a device-level parameter characterization methodology for “in-situ” radiation testing. TID effect of typical CTM devices, such as SONOS and TANOS will be studied with in-situ parameter testing and offline dielectric characterization methodologies. The work will focus on the physical mechanisms of radiation induced charge loss and defects generation in tunneling oxide. A comprehensive physical model of CTM device TID effect will be proposed based on the experimental and theoretical study. The objective is to provide theoretical support for the aerospace application and radiation hardening technology of CTM devices. The main research contents of the project involve the following aspects. . 1) In-situ TID radiation characterization methodology for non-volatile memory devices . 2) Physical mechanisms of the CTM device charge loss during total dose radiation . 3) TID induced degradation and defects generation mechanisms of CTM devices. 4) CTM total dose radiation harden technique, from device structure and process aspects .

电荷俘获存储器件(CTM)被认为是最具潜力替代浮栅器件的非挥发性存储器件。尽管CTM器件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。. 本项目将研究器件级在线辐照测试技术，研究SONOS，TANOS等CTM器件在总剂量辐射下的失效规律。在此基础上，以辐射引起的电荷损失机制和缺陷产生机制为重点，开展CTM器件的辐射效应物理机制研究。目标是建立CTM器件总剂量辐射效应物理模型，为该类型存储器件的较高辐射环境应用和抗辐射优化提供理论基础。. 研究主要内容包括：. 1) 辐照中器件级在线测量表征方法的研究. 2) 总剂量辐射下CTM器件电荷损失物理机制的研究. 3) 总剂量辐射下CTM器件特性退化和缺陷形成机制的研究. 4) 器件结构和工艺条件对CTM器件辐射效应的影响及其优化

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。我们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。通过采用这种方法，我们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。通过对在线测试和离线测试结果的分析比较，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，分析得出二者辐照后具有不同的恢复效应机制。在对器件和外围电路进行抗辐照设计时针对不同的机制制定更有效的优化方案提供了一定的理论基础。