恒憶閃存抗X射線

　　恒憶閃存基于浮柵技術。閃存晶體管的絕緣柵極（浮柵）捕獲（或排除）電子，因此，晶體管的閾值電壓被修改（偏離原始電壓值）。在附加的編程和閾壓感應電路的輔助下，這種效應可用保存和檢索數(shù)據(jù)。

　　在寫操作期間，閃存內(nèi)置的電荷泵生成一個高電壓值(Vpp)，然后被施加到晶體管的控制柵極上。這個過程使電子通過隧道效應進入所謂的半導體結構的浮柵上，電子被俘獲在浮柵上的電子陷阱內(nèi)。最終的狀況是一個被寫入數(shù)據(jù)的存儲單元，即一個存儲二進制數(shù)字 “±0”的存儲單元。在詳細規(guī)定的電條件下，應用一個“擦除過程”可以從浮柵上排除電子；然后，存儲單元的邏輯值就會切換到二進制數(shù)字 “±1”。

　　上面簡要論述的物理現(xiàn)象就是 “由福勒諾爾德海姆 (FN) 電子隧道效應”。

圖. 1 對一個閃存晶體管進行寫操作

　　浮柵內(nèi)的電子會提高晶體管的閾值電壓；在單級閃存單元內(nèi)，這相當于一個存儲二進制數(shù)字“0”的存儲單元。

圖2 在完成寫操作后閾值電壓被偏移

　　值得一提的是，雖然前文論述的現(xiàn)象適用于單級閃存單元，但是同一現(xiàn)象也適用于多級單元設計。測試和實驗證明，這個現(xiàn)象對于單級和多級架構都是有效的。

　　眾所周知，高電磁能源可引起浮柵內(nèi)的被俘電子損失（這相當于損失浮柵內(nèi)貯存的全部電荷）。結果可能是導致存儲單元內(nèi)存儲的邏輯信息丟失。

　　X射線是一種可能會損害閃存存儲的信息的外部高能源。很多質保應用都會用到X射線，例如，在最終測試階段發(fā)現(xiàn)故障后，修理應用電路板時需要使用X射線。X射線可對PCB電路板進行3D斷層照相，也能分析電子元器件內(nèi)部結構。海關用X射線攝影技術檢查通關商品。

圖 :? 恒憶BGA封裝的3D斷層照相細節(jié)

　　由于閃存在生命周期內(nèi)因為多種原因可能會被X射線照射，因此，必須確認兩個重要問題：X射線對閃存內(nèi)容的可靠性有無影響；存儲陣列在被X射線照射后是否需要擦除操作并重新寫入代碼。

　　乍一看，在經(jīng)X射線檢查后，重新對整個存儲陣列進行寫操作可能是一個簡單、可靠且有成本效益的解決方案。但是，事實并不是這樣，因為在很多情況下，重新給閃存編程需要昂貴的測試設備，向每一個需要重新編程的閃存發(fā)送串行數(shù)據(jù)流。這個寫操作可能需要幾分鐘甚至更長時間，從而會重重影響整體制造流程進度。

　　因此，為避免（如可能）重新寫入存儲器內(nèi)容，了解X射線對恒憶存儲器存儲的數(shù)據(jù)可靠性的真實影響具有重要意義。

　　在一個主要的汽車電子系統(tǒng)供應商（恒憶的合作伙伴）支持下，恒憶圍繞X射線對存儲器數(shù)據(jù)可靠性的影響問題進行了一次深入的測試分析，詳見下文。在這家合作公司中，我們用現(xiàn)有的質量檢測設備對待測器件進行了X射線照射。

　　研究報告結果歸納如下：

　　“如果X射線的劑量是檢測印刷電路板所適用的典型劑量，則不會影響恒憶浮柵閃存的閾值電壓分布。

　　當把X射線劑量人為提高到一個異常數(shù)值時，閾值電壓被強制偏移。這種現(xiàn)象可用于評估安全系數(shù)，即存儲內(nèi)容開始受到X射線影響的條件。

　　對于恒憶閃存，這個系數(shù)至少在1000倍射線劑量的范圍內(nèi)。 “

　　基本原則是，在完全電擦除電編程存儲晶體管的閾值電壓參數(shù)分布上，選擇特性描述明確的待測器件，利用我們的合作伙伴的X射線檢測系統(tǒng)發(fā)射的X射線照射待測器件。

　　然后重新描述閾值電壓參數(shù)分布，并再次測量存儲陣列（每個位）的每個晶體管的閾壓。

　　我們在測試中使用了不同的照射時長、濾波器材料、X射線管的距離、電流和電壓，并標注了不同的配置條件所使用的X射線劑量。

　　在正常制造目的所用的標準配置情況下，X射線劑量總是低于1 Rad。

　　這個劑量數(shù)值對恒憶閃存的閾值電壓參數(shù)分布未產(chǎn)生任何可以測量的影響。

　　這意味著恒憶客戶使用X射線檢查提前焊好的印刷電路板，無需給閃存重新編程，無需對在正常制造過程中已完成擦除操作的閃存進行擦除操作，也無需為確保存在存儲陣列的數(shù)據(jù)的可靠性而應用一個雙重編程算法。

　　下圖是在對整個存儲陣列施加低于1Rad劑量的X射線前后的閾壓分布曲線和對整個存儲陣列施加30 Rad的X射線前后的閾壓分布曲線，被測試器件是恒憶的車用16Mbit串行閃存M25P16。

圖3 施加1 Rad / 30 Rad射線前后的閾壓分布曲線圖

　　為證明前述測試結果的有效性，查找可能的臨界條件，X射線劑量值被提高1000倍 (2.5 KRad )，并進行兩次回流焊。

圖4 在受2500 Rad射線照射前后的閾壓分布曲線

　　在相關的白皮書中還能查到更詳細的技術信息。