[發明專利]存儲器的瞬時電離輻射效應遠程動態測試系統和測試方法

有效

• 申請號: 202011238337.8
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112349339B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 杜川華;曾超
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G11C29/18
• 分類號: G11C29/18;G11C29/54
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 康拯通

本發明屬于電子和輻射物理技術領域，具體涉及一種適用于存儲器的瞬時電離輻射效應遠程動態測試系統和測試方法，包括上位機、信號轉換單元、主控模塊、存儲器DUT模塊和3種通用儀器設備，以及相應的連接線纜，采用適當的抗干擾方法實現強噪聲環境下的存儲器數字小信號的遠程動態測試，上位機用于控制主控模塊和被測存儲器之間的數據通信，為用戶操作提供操作界面；信號轉換單元用于同軸電纜信號和總線通訊信號的轉換；主控模塊用于在指定命令下對存儲器進行讀寫操作，將讀出數據與寫入數據進行對比、生成報告并傳輸到上位機；存儲器DUT模塊用于安裝待測試存儲器。

技術領域

本發明屬于電子和輻射物理技術領域，具體涉及適用于存儲器的瞬時電離輻射效應遠程動態測試系統和方法。

背景技術

存儲器是電子系統的重要組成部分，半導體存儲器可分為易失性和非易失性兩大類。易失性存儲器包括靜態隨機存取存儲器（SRAM）和動態隨機存取存儲器（DRAM）；非易失存儲器包括只讀存儲器（ROM）、可編程只讀存儲器（PROM）、電可擦除存儲器EEPROM、快閃存儲器（Flash?Memory）、鐵電存儲器（FRAM）、磁存儲器（MRAM）等。

存儲器內部通常包括結構有規律的存儲單元陣列和外圍電路兩大部分。存儲單元用于保存數據，外圍電路用于實現讀寫操作；SRAM是利用電荷保持數據，其存儲單元通常是由四到六個晶體管構成的雙穩態觸發器，該觸發器在外圍電路的控制下可處于雙穩態中的任一態，由外圍電路判讀為邏輯“1”或邏輯“0”。

鐵電存儲器（FeRAM）是利用鐵電材料的自發極化特性來保持數據，其隨機存取數據、讀寫速度快、無需擦除的工作模式類似SRAM，掉電后仍然能保持類似ROM；鐵電材料產生自發極化的原因可以理解為晶格原子的非中心對稱造成了正負電中心的不重合，從而產生了自發的電偶極子；鐵電物質可以看作是一系列電疇的集合，在每個電疇內部，電偶極子方向一致，而不同電疇之間，電偶極子的方向一般不同，因而宏觀上總的電偶極矩為零，天然形成的鐵電材料中電疇方向隨機排列，從而整體不顯電性，如果在鐵電材料上施加電壓，則可以改變電疇中電偶極子的方向；在某個特定電壓Vc下，鐵電材料的自發極化全部消失，這個電壓稱做矯頑電壓，如果將電壓增加到某個值Vm或者-Vm，則所有電疇的方向均為正向或者負向，這時如果繼續增加電壓，由鐵電電疇引起的極化不會隨電壓的增加而增加，則稱之為極化的飽和。可以認為在不同方向的極化狀態下鐵電材料具有不同的等效電容，不同的等效電容分別對應0的狀態和1的狀態；基于鐵電材料的特殊結構，存儲狀態可實現大于10¹²次的擦寫。而在離子輻照情況下，鐵電電容存儲“1”和“0”的２個態是由原子位置決定的，很難被改變，因此具有較好的抗輻射性能。

磁阻式隨機存取存儲器（MRAM）是利用隧道磁阻效應保持數據，其存儲單元的核心是三明治結構的磁隧道結MTJ。?上下兩層為導電金屬層，中間夾著穿隧式磁電阻TMR的記憶元，最上面的導電金屬層稱為位元線，最下面的金屬層稱為字元線，當位線通過一個脈沖電流時，會因電流感應而產生磁場，此時自由層的磁化方向受到該磁場的影響而偏移方向。若此時也在字元線上加一脈沖電流，則該電流所感應的磁場就可完全改變自由層的磁化方向。如此一來，兩鐵磁性層的磁化方向為順向排列（因磁電阻低，可設它代表0）或反向排列（因磁電阻較高，可設它代表1）。MRAM具備寫入和讀取速度相同的優點，并具有承受無限多次讀—寫循環的能力（在自由磁體層中來回切換的運動是電子的自旋，而電子本身永遠不會磨損）。

存儲器的瞬時電離輻射效應產生機制為，脈沖γ射線在半導體器件的PN結敏感區域內產生能量沉積電離出非平衡載流子（電子ー空穴對），在外加電場作用下，非平衡載流子定向運動并被PN結耗盡區收集形成光電流。光電流會在短時間內傳輸到整個電路回路，對電源和信號產生干擾，引起電平擾動、邏輯狀態翻轉、功能紊亂或者中斷；在更高強度脈沖γ射線作用下，光電流觸發體硅CMOS工藝器件內部的寄生P-N-P-N四層結構導通，形成從電源到地的低阻抗回路，會引發大電流閉鎖效應，造成硬件破壞性毀傷。以上效應稱為瞬時電離輻射效應，又稱為瞬時劑量率效應。。