存儲器作為航天器電子系統(tǒng)不可或缺的一部分,在航天應(yīng)用中需要有良好的抗輻射能力。阻變存儲器（Resistive Random Access Memory,RRAM）是一種新型的非易失性半導(dǎo)體存儲器,性能優(yōu)良,但對其輻射效應(yīng)的研究較少。本文側(cè)重于在理論分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合⁶⁰Coγ射線輻照試驗得到的結(jié)果對RRAM的總劑量效應(yīng)失效機理進行分析研究。首先,通過對RRAM中單個MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）管總劑量效應(yīng)的分析,提出器件失效機理的兩個假設(shè),然后對寫入不同初始數(shù)據(jù)的器件進行有針對性的輻照試驗,對不同累積劑量時存儲器的數(shù)據(jù)讀取功能和靜態(tài)工作電流進行測量,統(tǒng)計得到的結(jié)果驗證了假設(shè)的正確性。研究結(jié)果表明:RRAM輻照敏感單元為存儲陣列,RRAM讀取功能失效是由于MOS管在輻照下產(chǎn)生漏電流,導(dǎo)致讀電路的電平輸出狀態(tài)改變而引起的。 

【文章來源】：核技術(shù). 2020,43(12)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

阻變元件結(jié)構(gòu)Fig.2Structurediagramofresistiveswitchingelement

電壓負(fù)向漂移，界面態(tài)陷阱電荷引起閾值電壓正向漂移，但氧化物陷阱電荷密度大于界面態(tài)陷阱電荷密度，總體的結(jié)果是閾值電壓負(fù)向漂移。同時，陷阱電荷的存在會使得導(dǎo)電溝道中載流子數(shù)目增多，產(chǎn)生漏電流。另外，存儲陣列是基于NMOS集成電路工藝的，用于隔絕作用的場氧化層在總劑量效應(yīng)的作用下，也會積累正電荷，進而在與場氧化層相鄰的Si襯底表面反型形成新的漏電路徑，產(chǎn)生漏電流。由于場氧化層相對于柵氧化層厚很多，所以其產(chǎn)生的漏電流會相對大許多，柵氧化層和場氧化層在總劑量效應(yīng)作用下產(chǎn)生的漏電流如圖4中（1）和（2）所示［1114］。在分析了單個MOS管的總劑量效應(yīng)之后，展開RRAM存儲單元總劑量效應(yīng)的分析。首先，在1T1R結(jié)構(gòu)的二進制存儲單元中，MOS晶體管作為選通管，起到開關(guān)作用，閾值電壓漂移可能會引起未被選取存儲單元中MOS晶體管的異常打開，影響到對同一位線上被選取存儲單元的正確讀��；其次，產(chǎn)生的漏電流（1）和（2）升高到一定值時，會改變正常的讀電流值，影響到電路正常電平的輸出，進而引起對相應(yīng)阻變元件阻態(tài)的誤讀。而MOS晶體管柵氧化層較之于場氧化層薄很多，因此可初步假設(shè)總劑量效應(yīng)引起的閾值電壓漂移對器件功能的影響不及漏電流對器件功能的影響。對于外圍電路部分，外圍電路中各功能電路地址譯碼器、讀寫控制電路等在輻射劑量達到一定程度時候，同樣會因為其中的MOS管閾值電壓漂移嚴(yán)重，漏電流過高失去其功能［8］。但是，與存儲陣列相比較，外圍電路在工藝上沒有較厚的場氧化層作為隔離層，不會產(chǎn)生比較大的漏電流。因此，可先假設(shè)RRAM總劑量效應(yīng)輻照敏感單元為存儲陣列部分，即存儲陣列會先于外圍電路發(fā)生功能失效。在上?

蕓?算兄檔繆蠱?貧允?荻寥∈?的影響。由圖8，在60Coγ射線輻照下RRAM樣品數(shù)據(jù)發(fā)生翻轉(zhuǎn)錯誤的閾值在1~2Mrad（Si）之間，之后隨著輻照累積劑量的增加，數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)錯誤增多，并且錯誤翻轉(zhuǎn)均為從“0”到“1”的翻轉(zhuǎn)。同時，從圖9可以看出，當(dāng)累積輻射劑量在1~2Mrad（Si）之間時，RRAM的工作電流也明顯地開始升高，并隨著累計輻照劑量的增加，工作電流逐漸升高，說明隨著累計劑量的增加，器件中產(chǎn)生的漏電流產(chǎn)生并逐漸升高。避開MOS管電壓漂移引起數(shù)據(jù)讀取錯誤的因素，以圖6MB85AS4MT器件開蓋處理后照片F(xiàn)ig.6PhotographofMB85AS4MTdeviceafterremovingthecover圖7RRAM總劑量效應(yīng)試驗流程圖Fig.7FlowchartoftotalionizingdoseeffectsofRRAMtestprocedure表2試驗讀取數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)數(shù)統(tǒng)計Table2Statisticsofthenumberofflipsinthedatabeingreadinthetest累積輻照劑量Cumulativeradiationdose/Mrad(Si)012345678910樣品1翻轉(zhuǎn)數(shù)Sample1flipnumber002240100160210300480674835樣品2翻轉(zhuǎn)數(shù)Sample2flipnumber002538120186230280520719943圖8數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)率隨累計劑量的變化Fig.8Variationofdatarolloverratewithcumulativedose

【參考文獻】：
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