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據。

　　在寫操作期間，閃存內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。最終的狀況是一個被寫入數據的存儲單元，即一個存儲二進制數字 “±0”的存儲單元。在詳細規定的電條件下，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字 “±1”。

　　上面簡要論述的物理現象就是 “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

　　浮柵內的電子會提高晶體管的閾值電壓；在單級閃存單元內，這相當于一個存儲二進制數字“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，雖然前文論述的現象適用于單級閃存單元，但是同一現象也適用于多級單元設計。測試和實驗證明，這個現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的被俘電子損失（這相當于損失浮柵內貯存的全部電荷）。結果可能是導致存儲單元內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，在最終測試階段發現故障后，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

　　由于閃存在生命周期內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送串行數據流。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）重新寫入存儲器內容，了解X射線對恒憶存儲器存儲的數據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射線對存儲器數據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值時，閾值電壓被強制偏移。這種現象可用于評估安全系數，即存儲內容開始受到X射線影響的條件。

　　對于恒憶閃存，這個系數至少在1000倍射線劑量的范圍內。 “

　　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射線檢測系統發射的X射線照射待測器件。

　　然后重新描述閾值電壓參數分布，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。

　　這個劑量數值對恒憶閃存的閾值電壓參數分布未產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據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。