搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

铁电存储器60Co γ射线及电子总剂量效应研究

秦丽 郭红霞 张凤祁 盛江坤 欧阳晓平 钟向丽 丁李利 罗尹虹 张阳 琚安安

引用本文:
Citation:

铁电存储器60Co γ射线及电子总剂量效应研究

秦丽, 郭红霞, 张凤祁, 盛江坤, 欧阳晓平, 钟向丽, 丁李利, 罗尹虹, 张阳, 琚安安

Total ionizing dose effect of ferroelectric random access memory under Co-60 gamma rays and electrons

Qin Li, Guo Hong-Xia, Zhang Feng-Qi, Sheng Jiang-Kun, Ouyang Xiao-Ping, Zhong Xiang-Li, Ding Li-Li, Luo Yin-Hong, Zhang Yang, Ju An-An
PDF
导出引用
  • 以型号为FM28 V100的铁电存储器为研究对象,进行了60Co γ射线和2 MeV电子辐照实验.研究了铁电存储器不同工作方式、不同辐射源下的总剂量辐射损伤规律,用J-750测试部分直流参数和交流参数,分析了存储器敏感参数的变化规律.实验结果表明:对动态、静态加电、静态不加电三种工作方式下的结果进行比较.其中静态加电工作方式下产生的陷阱电荷最多,是存储器最恶劣的工作方式;器件的一些电参数随总剂量发生变化,在功能失效之前部分参数已经失效;在静态加电这种最恶劣的工作方式下,得到60Co γ射线比电子造成更加严重的辐照损伤.
    Ferroelectric random access memory (FeRAM) has superior features such as low power consumption, short write access time, low voltage, high tolerance to radiation. Data about the total ionizing dose (TID) radiation effects of FeRAM have not been rich in the literature so far. Experimental study of the ionizing radiation effect of FeRAM is carried out based on Co-60 γ rays and 2 MeV electrons. And the TID radiation damages to the FeRAM in the dynamic biased, static biased and unbiased case are studied. The direct current and alternating current parameters are tested by J-750. The test results indicate that the stored information about the memory cell has no change before failure, the ferroelectric capacitors are still able to hold the data. Accordingly, the TID failure of the FeRAM should be mainly ascribed to the poor TID hardness of the peripheral complementary metal oxide semiconductor circuits. Besides, three types of electric fields from three working conditions can result in different generation and recombination rates of electronhole pairs. For static biased case, the internal electric field in the FeRAM is constant. It can lead to high net production of the electronhole pairs and a great number of trapped charges. Hence the radiation damage in the static biased case is most serious. With the increase of the total radiation dose, the electrical parameters of FeRAM have different degradations. Part of the parameters that can be detected by J-750, may lapse before they are detected online. Standby current, operating power supply current, leakage current and output low voltage are radiationsensitive parameters of FeRAM through analyzing the test data. And, other parameters, which have slight changes, have small effect on the degradation of the device. Furthermore, the electron accelerator is used in electron irradiation experiment. By comparing the results of the two kinds of radiation tests, it is discovered that the electrons tend to cause lighter TID degradation than Co-60 γ rays because of the high density of electrons in the electron irradiation environment and low net production rate of electronhole pairs. In addition, the electrons have weaker penetration than Co-60 γ rays due to low energy. The device packaging, the upper metal layers can also influence the experimental result of electron irradiation. The above conclusions provide a reference value for the total dose effect of FeRAM and will be of great significance for studying the radiation hardening of FeRAM.
      通信作者: 郭红霞, guohxnint@126.com
      Corresponding author: Guo Hong-Xia, guohxnint@126.com
    [1]

    Rana S, Todd C M, Fat D H 2011 Ferroelectrics 413 170

    [2]

    Cong Z C, Yu X F, Cui J W, Zheng Q W, Guo Q, Sun J, Wang B, Ma W Y, Ma L Y, Zhou H 2014 Acta Phys. Sin. 63 086101 (in Chinese) [丛忠超, 余学峰, 崔江维, 郑齐文, 郭旗, 孙静, 汪波, 马武英, 玛丽娅, 周航 2014 物理学报 63 086101]

    [3]

    Scott J F 2007 Science 315 954

    [4]

    Sheikholeslami A, Gulak P G 2000 Proc. IEEE 88 667

    [5]

    Zhou Y C, Tang M H 2009 Mater. Rev. 23 1 (in Chinese) [周益春, 唐明华 2009 材料导报 23 1]

    [6]

    Zhai Y H, Li W, Li P, Hu B, Huo W R, Li J H, Gu K 2012 Mater. Rev. 26 34 (in Chinese) [翟亚红, 李威, 李平, 胡滨, 霍伟荣, 李俊宏, 辜科 2012 材料导报 26 34]

    [7]

    Benedetto J M, Moore R A, Mclean F B, Brody P S 1990 IEEE Trans. Nucl. Sci. 37 1713

    [8]

    Gu K, Liu J J, Li W, Liu Y, Li P 2015 Microelectron. Reliab. 55 873

    [9]

    Schwank J R, Nasby R D, Miller S L, Rodgers M S, Dressendorfer P V 1990 IEEE Trans. Nucl. Sci. 37 1703

    [10]

    Shen J Y, Li W, Zhang Y B 2017 IEEE Trans. Nucl. Sci. 64 969

    [11]

    Lou L F, Yang Y T, Cai C C, Gao F, Tang C L 2007 High Power Laser and Particle Beams 19 2091 (in Chinese) [娄利飞, 杨银堂, 柴常春, 高峰, 唐重林 2007 强激光与粒子束 19 2091]

    [12]

    Zhang X Y, Guo Q, Lu W, Zhang X F, Zheng Q W, Cui J W, Li Y D, Zhou D 2013 Acta Phys. Sin. 62 156107 (in Chinese) [张兴尧, 郭旗, 陆妩, 张孝富, 郑齐文, 崔江维, 李豫东, 周东 2013 物理学报 62 156107]

    [13]

    Schwank J R, Shaneyfelt M R, Fleetwood D M, Felix J A, Dodd P E, Paillet P, Cavrois V F 2008 IEEE Trans. Nucl. Sci. 55 1833

    [14]

    Li M S, Yu X F, Ren D Y, Guo Q, Li Y D, Gao B, Cui J W, Lan B, Fei W X, Chen R, Zhao Y 2011 Microelectronics 41 128 (in Chinese) [李茂顺, 余学峰, 任迪远, 郭旗, 李豫东, 高博, 崔江维, 兰博, 费武雄, 陈睿, 赵云 2011 微电子学 41 128]

    [15]

    Scott J F (translated by Zhu J S) 2004 Ferroelectric Memory (Beijing: Tsinghua University Press) pp74-78 (in Chinese) [斯科特 著 (朱劲松 译) 2004 铁电存储器(北京:清华大学出版社) 第74–78页]

    [16]

    Gao B, Yu X F, Ren D Y, Li Y D, Cui J W, Li M S, Li M, Wang Y Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 068702 (in Chinese) [高博, 余学峰, 任迪远, 李豫东, 崔江维, 李茂顺, 李明, 王义元 2011 物理学报 60 068702]

    [17]

    Li M, Yu X F, Xu F Y, Li M S, Gao B, Cui J W, Zhou D, Xi S B, Wang F 2012 Atomic Energy Sci. Technol. 46 507 (in Chinese) [李明, 余学峰, 许发月, 李茂顺, 高博, 崔江维, 周东, 席善斌, 王飞 2012 原子能科学技术 46 507]

    [18]

    Li M, Yu X F, Xue Y G, Lu J, Cui J W, Gao B 2012 Acta Phys. Sin. 61 106103 (in Chinese) [李明, 余学峰, 薛耀国, 卢健, 崔江维, 高博 2012 物理学报 61 106103]

    [19]

    Paillet P, Schwank J, Shaneyfelt M R, Carvrois V F, Jones R L, Flament O 2002 IEEE Trans. Nucl. Sci. 49 2656

    [20]

    He B P, Yao Z B, Zhang F Q 2009 Chin. Phys. C 33 436

    [21]

    He B P, Chen W, Wang G Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 3546 (in Chinese) [何宝平, 陈伟, 王桂珍 2006 物理学报 55 3546

  • [1]

    Rana S, Todd C M, Fat D H 2011 Ferroelectrics 413 170

    [2]

    Cong Z C, Yu X F, Cui J W, Zheng Q W, Guo Q, Sun J, Wang B, Ma W Y, Ma L Y, Zhou H 2014 Acta Phys. Sin. 63 086101 (in Chinese) [丛忠超, 余学峰, 崔江维, 郑齐文, 郭旗, 孙静, 汪波, 马武英, 玛丽娅, 周航 2014 物理学报 63 086101]

    [3]

    Scott J F 2007 Science 315 954

    [4]

    Sheikholeslami A, Gulak P G 2000 Proc. IEEE 88 667

    [5]

    Zhou Y C, Tang M H 2009 Mater. Rev. 23 1 (in Chinese) [周益春, 唐明华 2009 材料导报 23 1]

    [6]

    Zhai Y H, Li W, Li P, Hu B, Huo W R, Li J H, Gu K 2012 Mater. Rev. 26 34 (in Chinese) [翟亚红, 李威, 李平, 胡滨, 霍伟荣, 李俊宏, 辜科 2012 材料导报 26 34]

    [7]

    Benedetto J M, Moore R A, Mclean F B, Brody P S 1990 IEEE Trans. Nucl. Sci. 37 1713

    [8]

    Gu K, Liu J J, Li W, Liu Y, Li P 2015 Microelectron. Reliab. 55 873

    [9]

    Schwank J R, Nasby R D, Miller S L, Rodgers M S, Dressendorfer P V 1990 IEEE Trans. Nucl. Sci. 37 1703

    [10]

    Shen J Y, Li W, Zhang Y B 2017 IEEE Trans. Nucl. Sci. 64 969

    [11]

    Lou L F, Yang Y T, Cai C C, Gao F, Tang C L 2007 High Power Laser and Particle Beams 19 2091 (in Chinese) [娄利飞, 杨银堂, 柴常春, 高峰, 唐重林 2007 强激光与粒子束 19 2091]

    [12]

    Zhang X Y, Guo Q, Lu W, Zhang X F, Zheng Q W, Cui J W, Li Y D, Zhou D 2013 Acta Phys. Sin. 62 156107 (in Chinese) [张兴尧, 郭旗, 陆妩, 张孝富, 郑齐文, 崔江维, 李豫东, 周东 2013 物理学报 62 156107]

    [13]

    Schwank J R, Shaneyfelt M R, Fleetwood D M, Felix J A, Dodd P E, Paillet P, Cavrois V F 2008 IEEE Trans. Nucl. Sci. 55 1833

    [14]

    Li M S, Yu X F, Ren D Y, Guo Q, Li Y D, Gao B, Cui J W, Lan B, Fei W X, Chen R, Zhao Y 2011 Microelectronics 41 128 (in Chinese) [李茂顺, 余学峰, 任迪远, 郭旗, 李豫东, 高博, 崔江维, 兰博, 费武雄, 陈睿, 赵云 2011 微电子学 41 128]

    [15]

    Scott J F (translated by Zhu J S) 2004 Ferroelectric Memory (Beijing: Tsinghua University Press) pp74-78 (in Chinese) [斯科特 著 (朱劲松 译) 2004 铁电存储器(北京:清华大学出版社) 第74–78页]

    [16]

    Gao B, Yu X F, Ren D Y, Li Y D, Cui J W, Li M S, Li M, Wang Y Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 068702 (in Chinese) [高博, 余学峰, 任迪远, 李豫东, 崔江维, 李茂顺, 李明, 王义元 2011 物理学报 60 068702]

    [17]

    Li M, Yu X F, Xu F Y, Li M S, Gao B, Cui J W, Zhou D, Xi S B, Wang F 2012 Atomic Energy Sci. Technol. 46 507 (in Chinese) [李明, 余学峰, 许发月, 李茂顺, 高博, 崔江维, 周东, 席善斌, 王飞 2012 原子能科学技术 46 507]

    [18]

    Li M, Yu X F, Xue Y G, Lu J, Cui J W, Gao B 2012 Acta Phys. Sin. 61 106103 (in Chinese) [李明, 余学峰, 薛耀国, 卢健, 崔江维, 高博 2012 物理学报 61 106103]

    [19]

    Paillet P, Schwank J, Shaneyfelt M R, Carvrois V F, Jones R L, Flament O 2002 IEEE Trans. Nucl. Sci. 49 2656

    [20]

    He B P, Yao Z B, Zhang F Q 2009 Chin. Phys. C 33 436

    [21]

    He B P, Chen W, Wang G Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 3546 (in Chinese) [何宝平, 陈伟, 王桂珍 2006 物理学报 55 3546

  • [1] 彭治钢, 白豪杰, 刘方, 李洋, 何欢, 李培, 贺朝会, 李永宏. 质子累积辐照效应对CMOS图像传感器饱和输出的影响研究. 物理学报, 2025, 74(2): . doi: 10.7498/aps.74.20241352
    [2] 李济芳, 郭红霞, 马武英, 宋宏甲, 钟向丽, 李洋帆, 白如雪, 卢小杰, 张凤祁. 石墨烯场效应晶体管的X射线总剂量效应. 物理学报, 2024, 73(5): 058501. doi: 10.7498/aps.73.20231829
    [3] 袁国亮, 王琛皓, 唐文彬, 张睿, 陆旭兵. HfO2基铁电薄膜的结构、性能调控及典型器件应用. 物理学报, 2023, 72(9): 097703. doi: 10.7498/aps.72.20222221
    [4] 张晋新, 王信, 郭红霞, 冯娟, 吕玲, 李培, 闫允一, 吴宪祥, 王辉. 三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应. 物理学报, 2022, 71(5): 058502. doi: 10.7498/aps.71.20211795
    [5] 张晋新, 王信, 郭红霞, 冯娟. 基于三维数值仿真的SiGe HBT总剂量效应关键影响因素机理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211795
    [6] 李顺, 宋宇, 周航, 代刚, 张健. 双极型晶体管总剂量效应的统计特性. 物理学报, 2021, 70(13): 136102. doi: 10.7498/aps.70.20201835
    [7] 陈睿, 梁亚楠, 韩建伟, 王璇, 杨涵, 陈钱, 袁润杰, 马英起, 上官士鹏. 氮化镓基高电子迁移率晶体管单粒子和总剂量效应的实验研究. 物理学报, 2021, 70(11): 116102. doi: 10.7498/aps.70.20202028
    [8] 琚安安, 郭红霞, 张凤祁, 郭维新, 欧阳晓平, 魏佳男, 罗尹虹, 钟向丽, 李波, 秦丽. 铁电存储器中高能质子引发的单粒子功能中断效应实验研究. 物理学报, 2018, 67(23): 237803. doi: 10.7498/aps.67.20181225
    [9] 王信, 陆妩, 吴雪, 马武英, 崔江维, 刘默寒, 姜柯. 深亚微米金属氧化物场效应晶体管及寄生双极晶体管的总剂量效应研究. 物理学报, 2014, 63(22): 226101. doi: 10.7498/aps.63.226101
    [10] 张兴尧, 郭旗, 陆妩, 张孝富, 郑齐文, 崔江维, 李豫东, 周东. 串口型铁电存储器总剂量辐射损伤效应和退火特性. 物理学报, 2013, 62(15): 156107. doi: 10.7498/aps.62.156107
    [11] 胡志远, 刘张李, 邵华, 张正选, 宁冰旭, 毕大炜, 陈明, 邹世昌. 深亚微米器件沟道长度对总剂量辐照效应的影响. 物理学报, 2012, 61(5): 050702. doi: 10.7498/aps.61.050702
    [12] 商怀超, 刘红侠, 卓青青. 低剂量率60Co γ 射线辐照下SOI MOS器件的退化机理. 物理学报, 2012, 61(24): 246101. doi: 10.7498/aps.61.246101
    [13] 李明, 余学峰, 薛耀国, 卢健, 崔江维, 高博. 部分耗尽绝缘层附着硅静态随机存储器总剂量辐射损伤效应的研究. 物理学报, 2012, 61(10): 106103. doi: 10.7498/aps.61.106103
    [14] 刘张李, 胡志远, 张正选, 邵华, 宁冰旭, 毕大炜, 陈明, 邹世昌. 0.18 m MOSFET器件的总剂量辐照效应. 物理学报, 2011, 60(11): 116103. doi: 10.7498/aps.60.116103
    [15] 高博, 余学峰, 任迪远, 崔江维, 兰博, 李明, 王义元. p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究. 物理学报, 2011, 60(6): 068702. doi: 10.7498/aps.60.068702
    [16] 王义元, 陆妩, 任迪远, 郭旗, 余学峰, 何承发, 高博. 双极线性稳压器电离辐射剂量率效应及其损伤分析. 物理学报, 2011, 60(9): 096104. doi: 10.7498/aps.60.096104
    [17] 杨丽侠, 杜 磊, 包军林, 庄奕琪, 陈晓东, 李群伟, 张 莹, 赵志刚, 何 亮. 60Co γ-射线辐照对肖特基二极管1/f噪声的影响. 物理学报, 2008, 57(9): 5869-5874. doi: 10.7498/aps.57.5869
    [18] 何宝平, 陈 伟, 王桂珍. CMOS器件60Co γ射线、电子和质子电离辐射损伤比较. 物理学报, 2006, 55(7): 3546-3551. doi: 10.7498/aps.55.3546
    [19] 贺朝会, 耿斌, 何宝平, 姚育娟, 李永宏, 彭宏论, 林东生, 周辉, 陈雨生. 大规模集成电路总剂量效应测试方法初探. 物理学报, 2004, 53(1): 194-199. doi: 10.7498/aps.53.194
    [20] 郭红霞, 陈雨生, 张义门, 周辉, 龚建成, 韩福斌, 关颖, 吴国荣. 稳态、瞬态X射线辐照引起的互补性金属-氧化物-半导体器件剂量增强效应研究. 物理学报, 2001, 50(12): 2279-2283. doi: 10.7498/aps.50.2279
计量
  • 文章访问数:  7126
  • PDF下载量:  140
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-26
  • 修回日期:  2018-05-20
  • 刊出日期:  2019-08-20

/

返回文章
返回