FR2729498A1 - Semiconductor memory irradiation threshold determn. method for electronic system with e.g. SRAM - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention conceme le domaine des perturbations des mémoires soumises à un rayonnement et a plus particulièrement pour objet un procédé permettant de déterminer la valeur du débit de dose d'un rayonnement ionisant transitoire au dessus de laquelle le contenu d'une mémoire est perturbé. The present invention relates to the field of disturbances of memories subjected to radiation and more particularly relates to a method for determining the value of the dose rate of a transient ionizing radiation above which the content of a memory is disturbed.
L'étude de la bibliographie disponible dans le domaine, telle que la revue américaine, IEEE Transactions on Nuclear Science qui sert de référence pour tous les nouveaux résultats concernant les études portant sur les effets de radiations sur les composants ou systèmes électroniques, montre qu'est acquis le fait que le phénomène provoquant un changement d'état de cellules d'une mémoire lors d'une irradiation ionisante transitoire est dû à la chute de tension aux bomes des cellules mémoire lors de leur exposition à un flash photonique. En effet, lors d'une irradiation ionisante transitoire, le dépôt d'énergie du rayonnement incident (photons) dans les régions semiconductrices a pour effet de produire un nombre important de paires électron-trou dans les matériaux constitutifs des composants irradiés.L'ionisation provoque un "courant photogénéré" ou photocourant qui est dû à la séparation des charges e+ et e-. Cet effet a des conséquences importantes au niveau du fonctionnement du composant. A study of the bibliography available in the field, such as the American journal, IEEE Transactions on Nuclear Science, which serves as a reference for all new results concerning studies on the effects of radiation on electronic components or systems, shows that it is acquired the fact that the phenomenon causing a change of state of cells of a memory during a transient ionizing irradiation is due to the drop in voltage at the terminals of the memory cells during their exposure to a photonic flash. In fact, during a transient ionizing irradiation, the energy deposition of the incident radiation (photons) in the semiconductor regions has the effect of producing a large number of electron-hole pairs in the constituent materials of the irradiated components. causes a "photogenerated current" or photocurrent which is due to the separation of the charges e + and e-. This effect has important consequences for the functioning of the component.
Lorsqu'on considère un composant complexe tel qu'une mémoire, I'irradiation uniforme par un flash photonique induit un photocourant dans toutes les jonctions np. Ces jonctions sont les structures sensibles minimales. C'est la somme des contributions de l'ensemble des structures minimales qui vont être le siège des perturbations sur le composant. When considering a complex component such as a memory, the uniform irradiation by a photonic flash induces a photocurrent in all the np junctions. These junctions are the minimum sensitive structures. It is the sum of the contributions of all the minimum structures which will be the seat of the disturbances on the component.
Si l'on considère une cellule mémoire classique composée de six transistors, en 1984, L. W. Massengill et S. E. Diehl Nagle (MAS.84) ont démontré que le phénomène de changement d'état de points mémoire lors d'une irradiation ionisante transitoire n'était pas dû aux seuls effets de l'irradiation sur les six transistors constitutifs de la cellule mais surtout à leur assemblage en réseau résistif éledrique qui entraîne des effets collectifs dans l'ensemble du circuit. If we consider a classic memory cell composed of six transistors, in 1984, LW Massengill and SE Diehl Nagle (MAS.84) demonstrated that the phenomenon of change of state of memory points during a transient ionizing irradiation does not was not due to the only effects of the irradiation on the six transistors constituting the cell but especially to their assembly in resistive eledric network which involves collective effects in the whole of the circuit.
Ces effets de couplage électrique des cellules exposées à une impulsion de débit de dose ont été mis en évidence et simulés sur des mémoires. These effects of electrical coupling of cells exposed to a dose rate pulse have been demonstrated and simulated on memories.
Chaque cellule i est alimentée par des pistes reliées d'une part au plot VDD et d'autre part au plot Vss . La différence de potentiel aux bomes de la cellule:
vi = vDDi -VSSi (1) dépend de la chute de tension depuis les plots d'entrée du composant, produit de la résistance des pistes métalliques par le courant d'alimentation des cellules. En fonctionnement statique, la très faible consommation des cellules, pour une technologie CMOS par exemple, assure une même différence de potentiel dans toutes les cellules.Sous rayonnement les photocourants iph de chaque cellule entraînent une chute de potentiel importante qui peut amener la différence de potentiel locale AVi sous le seuil de rétention d'information VR , soit en simplifiant:
où Rj représente la résistance des pistes d'alimentation.Each cell i is supplied by tracks connected on the one hand to the VDD pad and on the other hand to the Vss pad. The difference in potential at the terminals of the cell:
vi = vDDi -VSSi (1) depends on the voltage drop from the input pads of the component, product of the resistance of the metal tracks by the supply current of the cells. In static operation, the very low consumption of the cells, for a CMOS technology for example, ensures the same potential difference in all the cells. Under radiation the photocurrents iph of each cell cause a significant potential drop which can lead to the potential difference local AVi below the VR information retention threshold, either by simplifying:
where Rj represents the resistance of the supply tracks.
Le résultat de cet écroulement de la tension d'alimentation est l'apparition de changement d'état de cellules de la mémoire dans les régions dont la tension locale passe sous le seuil de rétention. The result of this collapse of the supply voltage is the appearance of a change of state of memory cells in regions whose local voltage falls below the retention threshold.
D'après la formule (2), les régions qui sont les premières à être perturbées sont celles qui voient le chemin résistif jusqu'aux plots d'entrée des alimentations le plus important. D'autre part, cette même formule montre que si on augmente le débit de dose, la chute de tension locale aux bomes des cellules est plus importante du fait de l'accroissement de la valeur du photocourant iph. According to formula (2), the regions which are the first to be disturbed are those which see the resistive path to the most important input pads of the power supplies. On the other hand, this same formula shows that if the dose rate is increased, the drop in local voltage at the terminals of the cells is greater due to the increase in the value of the photocurrent iph.
Cependant, en 1986, L. W. Massengill, S.E. Diehl-Nagle et J. S. Browning ont observé expérimentalement que certaines cellules dans des régions de la mémoire qui auraient dû normalement être perturbées restaient insensibles au flash photonique. Ce phénomène fut alors attribué à un état préférentiel des cellules mémoire. Lorsqu'on initie avant le tir les cellules dans cet état la perturbation induite par le tir a tendance à faire revenir ces cellules dans ce même étaL
La norme "MIL-STD-883D méthode 1021.2" portant sur le test de circuits digitaux pour déterminer leur seuil de perturbation aux basculements préconise explicitement que pour rechercher le seuil de perturbation minimum il faille prendre en compte tous les facteurs permettant de mesurer le seuil minimum.However, in 1986, LW Massengill, SE Diehl-Nagle and JS Browning observed experimentally that certain cells in regions of memory which should normally have been disturbed remained insensitive to photonic flash. This phenomenon was then attributed to a preferential state of the memory cells. When cells in this state are initiated before firing, the disturbance induced by firing tends to cause these cells to return to this same state.
The standard "MIL-STD-883D method 1021.2" relating to the test of digital circuits to determine their disturbance threshold at tilting explicitly recommends that to search for the minimum disturbance threshold it is necessary to take into account all the factors making it possible to measure the minimum threshold .
Pour des mémoires vives statiques (SRAM), en mode non sélectionné, les facteurs étant connus comme pouvant agir sur le seuil de perturbation sont:
- la température
- la tension d'alimentation
- le contenu inscrit dans la mémoire pendant le tir.For static random access memories (SRAM), in non-selected mode, the factors being known as being able to act on the disturbance threshold are:
- temperature
- the supply voltage
- the content recorded in the memory during the shooting.
L'évaluation d'une mémoire SRAM sous flash photonique consiste à rechercher le seuil de perturbation de la mémoire; c'est-à-dire trouver le débit de dose minimum qui lors de l'expérience induira un changement d'état d'au moins une cellule mémoire. Cette invention se propose de tester la mémoire dans un contexte qui lui soit le plus défavorable possible afin de trouver réellement son seuil de perturbation minimum. The evaluation of a SRAM memory under photonic flash consists in searching for the memory disturbance threshold; that is to say find the minimum dose rate which during the experiment will induce a change of state of at least one memory cell. This invention proposes to test memory in a context which is as unfavorable to it as possible in order to really find its minimum disturbance threshold.
Jusqu'à présent, lorsqu'on recherchait le seuil de perturbation d'une mémoire
SRAM, on était obligé de le faire pour plusieurs contenus tels que les contenu tout à zéro, contenu tout à un, contenu diagonale, contenu échiquier...Until now, when we were looking for the threshold of disturbance of a memory
SRAM, we had to do it for several content such as all-zero content, all-one content, diagonal content, chessboard content ...
La principale conséquence induite par l'utilisation de ces multiples contenus est d'ordre économique puisqu'on multipliait d'autant le nombre de tirs pour rechercher le seuil de perturbation. The main consequence induced by the use of these multiple contents is economic since one multiplied by as much the number of shots to search for the disturbance threshold.
D'un point de vue technique, I'utilisation de ces contenus ne permettait pas d'être sûr que l'un d'entre eux était bien le contenu qui permettait d'avoir le seuil de perturbation minimum. From a technical point of view, the use of these contents did not make it possible to be sure that one of them was indeed the content which made it possible to have the minimum disturbance threshold.
Le but d'un procédé selon l'invention est de réduire le nombre de tirs en recherchant les contenus à inscrire durant le tir pour obtenir le maximum de changement d'état de points mémoire lors d'une irradiation par flash photonique, les autres facteurs, en l'occurrence la température et la tension d'alimentation, restant constants. The purpose of a method according to the invention is to reduce the number of shots by looking for the contents to be written during the shot to obtain the maximum change of state of memory points during irradiation by photonic flash, the other factors , in this case the temperature and the supply voltage, remaining constant.
La solution apportée est un procédé de détermination du débit de dose seuil d'une irradiation ionisante transitoire capable de perturber une mémoire comportant des cellules dont l'état peut prendre deux valeurs complémentaires, par exemple 0 et 1, caractérisé en ce qu'il consiste: - à déterminer un contenu défavorable de la mémoire pour lequel ledit seuil est minimum, - à déterminer, avec ce contenu, le débit de dose seuil au dessus duquel au moins une cellule change d'état. The solution provided is a method for determining the threshold dose rate of a transient ionizing irradiation capable of disturbing a memory comprising cells whose state can take two complementary values, for example 0 and 1, characterized in that it consists : - to determine an unfavorable content of the memory for which said threshold is minimum, - to determine, with this content, the dose dose rate above which at least one cell changes state.
Selon une caractéristique particulière, la détermination dudit contenu défavorable consiste à: - déterminer, pour chaque cellule son état préférentiel, - faire prendre à chacune des cellules l'état complémentaire à son état préférentiel,
Selon un mode opératoire très simple à mettre en oeuvre, I'état préférentiel est déterminé par mise sous tension de la mémoire, après, éventuellement, avoir disposé la mémoire sur un plan de masse pour décharger toutes ses capacités intemes.According to a particular characteristic, the determination of said unfavorable content consists in: - determining, for each cell its preferential state, - making each cell take the state complementary to its preferential state,
According to a procedure which is very simple to implement, the preferential state is determined by energizing the memory, after, possibly, having placed the memory on a ground plane in order to discharge all of its internal capacities.
Une alternative à ce mode opératoire consiste à déterminer l'état préférentiel en initialisant les cellules de la mémoire avec un contenu "tout à zéro" puis en effectuant une irradiation à fort débit de dose, la tension d'alimentation de la mémoire correspondant à la limite basse de sa plage de bon fonctionnement. An alternative to this operating mode consists in determining the preferential state by initializing the memory cells with “all-zero” content then by performing a high dose rate irradiation, the supply voltage of the memory corresponding to the lower limit of its operating range.
II est bien évident que les deux modes opératoires peuvent être utilisés successivement, les résultats de l'un pouvant servir à confirmer ceux de l'autre. It is quite obvious that the two procedures can be used successively, the results of one being able to be used to confirm those of the other.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description de variantes de réalisation de l'invention pour l'évaluation de la tenue des mémoires vives statiques (SRAM) en mode non sélectionné face à une agression nucléaire correspondant à une irradiation par un flash photonique, description réalisée, en regard des figures annexées parmi lesquelles:: - la figure 1 présente un schéma d'un contenu d'une mémoire obtenu après mise sous tension1 - la figure 2 montre un schéma du contenu complémentaire de celui de la figure 1, - sur la figure 3, est représenté un contenu d'une mémoire sous alimentée et après un tir à fort débit de dose, - la figure 4 montre un schéma du contenu complémentaire de celui de la figure 3, - la figure 5 montre un graphique représentant le nombre de basculement en fonction du débit de dose d'un tir, - les figures 6a et 6b montrent le contenu d'une mémoire obtenu dans des conditions identiques de tir mais avec des contenus initiaux complémentaires. Other advantages and characteristics of the present invention will appear in the description of alternative embodiments of the invention for evaluating the behavior of static random access memories (SRAM) in unselected mode in the face of a nuclear attack corresponding to irradiation by a photonic flash, description made, with reference to the appended figures in which: - FIG. 1 presents a diagram of the content of a memory obtained after power-up1 - FIG. 2 shows a diagram of the content complementary to that of the figure 1, - on figure 3, is represented a content of a memory under supplied and after a shooting with high dose rate, - figure 4 shows a diagram of the complementary content to that of figure 3, - figure 5 shows a graph representing the number of toggles as a function of the dose rate of a shot, - Figures 6a and 6b show the content of a memory obtained under identical conditions of t ir but with complementary initial content.
- les figures 7a et 7b montrent le contenu d'une mémoire obtenu dans dautres conditions identiques de tir mais et toujours avec des contenus initiaux complémentaires.- Figures 7a and 7b show the content of a memory obtained in other identical shooting conditions but and always with additional initial content.
Pour qu'une cellule mémoire change d'état, il faut que la chute de tension à ses bornes soit suffisante pour ne plus assurer l'intégrité de l'information. Toutefois, la demanderesse a constaté que si la cellule présente un état préférentiel et si elle se trouve dans cet état préférentiel avant irradiation alors même si la chute de tension est suffisante pour ne plus assurer l'intégrité de l'information la cellule mémoire revient dans son état préférentiel après l'irradiation et, pour l'expérimentateur, aucune perturbation n'a pu être constatée. Ceci montre que la connaissance de l'état préférentiel de chacune des cellules mémoire est un élément indispensable pour tester une mémoire SRAM sous flash photonique. Et par conséquent pour tester la mémoire dans la situation la plus défavorable pour elle, il faut initialiser chaque cellule avec l'état complémentaire de son état préférentiel. For a memory cell to change state, the voltage drop across its terminals must be sufficient to no longer ensure the integrity of the information. However, the Applicant has found that if the cell has a preferential state and if it is in this preferential state before irradiation then even if the voltage drop is sufficient to no longer ensure the integrity of the information, the memory cell returns to its preferential state after irradiation and, for the experimenter, no disturbance could be noted. This shows that knowing the preferential state of each of the memory cells is an essential element for testing an SRAM memory under photonic flash. And therefore to test the memory in the most unfavorable situation for it, it is necessary to initialize each cell with the complementary state of its preferential state.
Pour évaluer la tenue au débit de dose d'une mémoire de type SRAM, il faut donc dans un premier temps rechercher les contenus qu'il faudra écrire dans la mémoire pour que lors d'une irradiation sous flash photonique le nombre de cellules mémoire qui basculeront soit maximum. To evaluate the resistance to the dose rate of a SRAM type memory, it is therefore first necessary to find the contents which will have to be written in the memory so that during an irradiation under photonic flash the number of memory cells which will tip over.
Deux modes opératoires de détermination de l'état préférentiel des cellules d'une memoire sont décrits dans la suite. Le premier consiste à considérer rétat préférentiel d'une cellule d'une mémoire comme celui dans lequel elle se trouve lorsqu'une tension est appliquée à la mémoire. Two procedures for determining the preferential state of the cells of a memory are described below. The first consists in considering the preferential state of a cell of a memory as that in which it is when a voltage is applied to the memory.
Ainsi, après avoir disposé la mémoire sur un plan de masse pour décharger toutes ses capacités internes, on réalise une mise sous tension à l'aide d'un générateur d'impulsion avec différents fronts de montée afin de vérifier qu'il n'y a pas d'influence de la durée du front de montée et on lit ensuite le contenu présenté à chaque adresse,
On peut ensuite définir un contenu A de la mémoire appelé "favorable A" et pour lequel toutes les cellules de ladite mémoire sont dans leur état préférentiel.Thus, after having placed the memory on a ground plane to discharge all of its internal capacities, a power-up is carried out using a pulse generator with different rising edges in order to verify that there is has no influence on the duration of the rising edge and we then read the content presented at each address,
We can then define a content A of the memory called "favorable A" and for which all the cells of said memory are in their preferential state.
D'une manière analogue, on définit un contenu Ad appelé 'défavorable Ad' pour lequel toutes les cellules de ladite mémoire sont dans l'état complémentaire à rétat préférentiel.In an analogous manner, a content Ad called “unfavorable Ad” is defined for which all the cells of said memory are in the complementary state with preferential state.
A titre d'exemple si l'état préférentiel d'une cellule est la valeur 0, rétat complémentaire est la valeur 1. For example, if the preferential state of a cell is the value 0, additional state is the value 1.
Pour inscrire le contenu Ad dans la mémoire, on écrit, dans chacune des adresses de la mémoire, le contenu complémentaire de celui trouvé lors de la mise sous tension.To write the content Ad in the memory, the content complementary to that found during power-up is written in each of the addresses of the memory.
Le second mode opératoire consiste à considérer l'état préférentiel dune cellule comme celui dans lequel se trouve la cellule après avoir irradié la mémoire avec un fort débit de dose. The second operating mode consists in considering the preferential state of a cell as that in which the cell is found after having irradiated the memory with a high dose rate.
Pour cela, on initialise la mémoire avec un contenu "tout à zéro" ce qui correspond à inscrire, à chaque adresse, un état bas, puis on effectue une irradiation à fort débit de dose et à la tension d'alimentation correspondant à la limite basse de la plage de bon fonctionnement de la mémoire. For this, the memory is initialized with a content "all at zero" which corresponds to writing, at each address, a low state, then an irradiation is carried out at high dose rate and at the supply voltage corresponding to the limit low range of memory operation.
A titre d'exemple, ce fort débit de dose peut être égal à 3 ou 4 fois la valeur estimée du seuil de -perturbation. By way of example, this high dose rate can be equal to 3 or 4 times the estimated value of the disturbance threshold.
Lorsque le tir a été réalisé, on lit alors le contenu de chacune des adresses de la mémoire. On définit alors le contenu B appelé "favorable B" pour lequel toutes les cellules de ladite mémoire sont dans leur état préférentiel, ainsi qu'un contenu
Bd appelé 'défavorable B" pour lequel toutes les cellules de ladite mémoire sont dans l'état complémentaire à l'état préférentiel.When the shot has been made, the content of each of the addresses in the memory is then read. We then define the content B called "favorable B" for which all the cells of said memory are in their preferential state, as well as a content
Bd called 'unfavorable B' for which all the cells of said memory are in the state complementary to the preferential state.
De même que précédemment, pour inscrire le contenu Bd dans la mémoire, on écrit, dans chacune des adresses de la mémoire, le contenu complémentaire de celui trouvé lors du second mode opératoire. As previously, to write the content Bd in the memory, the content complementary to that found during the second operating mode is written in each of the addresses of the memory.
Afin de vérifier que les deux contenus Ad et Bd sont bien "défavorables", lors d'une irradiation transitoire on peut effectuer deux tirs (un seul tir si le contenu A est identique au contenu B) en initialisant la mémoire dans un premier cas avec le contenu défavorable Ad puis en initialisant dans un deuxième cas avec le contenu défavorable Bd. Ces tirs doivent être réalisés dans les mêmes conditions que pour la recherche du contenu favorable B , c'est-à-dire avec un fort débit de dose et une tension d'alimentation correspondant à la limite basse de bon fonctionnement de la mémoire. Après le tir, on lit le contenu de chaque cellule mémoire afin de le comparer au contenu initial chargé avant le tir.Si pour une adresse, le contenu après tir est différent du contenu avant tir, c'est qu'il y a eu basculement d'une ou plusieurs cellules mémoire, une cellule mémoire correspondant à un bit d'information. In order to verify that the two contents Ad and Bd are indeed "unfavorable", during a transient irradiation one can carry out two shots (a single shot if the content A is identical to the content B) by initializing the memory in a first case with the unfavorable content Ad then by initializing in a second case with the unfavorable content Bd. These shots must be carried out under the same conditions as for the search for the favorable content B, that is to say with a high dose rate and a supply voltage corresponding to the low limit of correct operation of the memory. After firing, the content of each memory cell is read in order to compare it with the initial content loaded before firing. If for an address, the content after firing is different from the content before firing, it means that there has been a switchover one or more memory cells, a memory cell corresponding to an information bit.
On n'utilisera pour la recherche du seuil de perturbation de la mémoire que les contenus, qui lors du demier test, ont fait basculer la quasi-totalité des cellules mémoire. We will only use for the search of the memory disturbance threshold the contents, which during the last test, made switch almost all the memory cells.
La demière étape de cette procédure consiste à rechercher le seuil de perturbation de la mémoire en évaluant le seuil de perturbation minimum qui induit au moins le basculement d'une cellule mémoire. Cette recherche du seuil devra être réalisée en initialisant la mémoire avec le ou les contenus "défavorables" pour chaque tir. The last step of this procedure consists in searching for the memory disturbance threshold by evaluating the minimum disturbance threshold which induces at least the switching of a memory cell. This search for the threshold must be carried out by initializing the memory with the “unfavorable” content or contents for each shot.
Des essais sur des mémoires SRAMs nous ont permis d'évaluer le seuil de perturbation et le bien fondé de ce procédé. Tests on SRAM memories allowed us to evaluate the disturbance threshold and the merits of this process.
Les mémoires testées sont les mémoires SRAMs CMOS TS 4T1601 qui ont été développées en technologie SOI par THOMSON TCS (avec le procédé
THOMSON HSOI 3RP).Les phases d'écriture et de lecture des états logiques de l'ensemble des cellules mémoire ont été effectuées à partir d'un PC 386 TOSHIBA à l'aide d'une carte entrée-sortie PC DlO-96 de NATIONAL INSTRUMENT.The memories tested are the SRAMs CMOS TS 4T1601 memories which were developed in SOI technology by THOMSON TCS (with the process
THOMSON HSOI 3RP). The writing and reading phases of the logic states of all the memory cells were carried out from a TOSHIBA 386 PC using a PC DlO-96 input-output card from NATIONAL INSTRUMENT.
Un code de calcul spécifique a été développé pour permettre la réalisation de l'évaluation de cette mémoire et permettre l'application pratique de ce procédé. A specific calculation code has been developed to allow the evaluation of this memory to be carried out and to allow the practical application of this process.
La correspondance entre l'emplacement géographique réel de la cellule sélectionnée et l'adresse présentée sur les plots d'entrée avait été foumie par
THOMSON TCS.The correspondence between the actual geographic location of the selected cell and the address presented on the input studs was provided by
THOMSON TCS.
Les différents tirs ont été réalisés sur un générateur photonique permettant de délivrer une impulsion triangulaire de durée 30 ns à mi-hauteur. The various shots were carried out on a photonic generator making it possible to deliver a triangular pulse of duration 30 ns at mid-height.
Les mémoires sont testées en mode non sélectionné.The memories are tested in unselected mode.
Pour réaliser l'étude expérimentale, la procédure d'essais décrite précédemment a été utilisée:
Les deux modes opératoires ont été utilisés pour déterminer les états préférentiels des cellules et en déduire les contenus favorables puis défavorables:
Pour ce qui est du premier mode opératoire, on a donc réalisé une lecture de
I'état de chacune des cellules lorsque la mémoire est mise sous tension et les résultats sont présentés à la figure 1 sur laquelle un point représente une cellule à l'état logique haut, les états logiques bas n'étant pas représentés.To carry out the experimental study, the test procedure described above was used:
The two operating modes were used to determine the preferential states of the cells and to deduce the favorable and then unfavorable contents therefrom:
With regard to the first operating mode, a reading of
The state of each of the cells when the memory is powered up and the results are presented in FIG. 1 in which a point represents a cell in the high logic state, the low logic states not being represented.
En prenant ensuite les états logiques complémentaires de chacune des cellules et en lissant par colonne les résultats obtenus afin d'enlever les points particuliers qui peuvent être obtenus sur différentes mémoires et qui proviennent de la non reproductibilité de l'expérimentation, on a défini le contenu "défavorable" A, présenté sur la figure 2 sur laquelle un point représente toujours une cellule à rétat logique haut. By then taking the complementary logical states of each of the cells and by smoothing by column the results obtained in order to remove the particular points which can be obtained on different memories and which come from the non-reproducibility of the experiment, the content has been defined. "unfavorable" A, presented in FIG. 2 in which a point always represents a cell with a high logical state.
Pour ce qui est du deuxième mode opératoire, en effectuant une irradiation à de très forts débits de dose tout en "sous-alimentant" la mémoire, en l'occurrence en alimentant la mémoire avec une tension de 3,5 Volts alors que la tension nominale est spécifiée pour 5 Volts, d'une part on augmente les photooourants produits par chaque cellule mémoire et d'autre part on diminue la tension locale aux bomes de chaque cellule. Ceci a donc pour effet d'accroître encore plus le phénomène de chute de tension dans les rails d'alimentation et va donc diminuer la tension locale aux bornes d'un plus grand nombre de cellules. Cette manipulation permet de connaître la répartition géographique des cellules ayant changé d'état lors du flash en fonction de leur contenu initial. As for the second operating mode, by performing irradiation at very high dose rates while "under-feeding" the memory, in this case by supplying the memory with a voltage of 3.5 volts while the voltage nominal is specified for 5 Volts, on the one hand the photo-currents produced by each memory cell are increased and on the other hand the local voltage at the terminals of each cell is reduced. This therefore has the effect of further increasing the phenomenon of voltage drop in the supply rails and will therefore decrease the local voltage across a greater number of cells. This manipulation makes it possible to know the geographic distribution of the cells having changed state during the flash as a function of their initial content.
Aussi, un premier tir à été réalisé avec un contenu avant irradiation où toutes les cellules sont à l'état logique bas. Le contenu de la mémoire après irradiation est présenté sur la figure 3 sur laquelle un point représente une cellule ayant changé d'état sous l'effet de l'irradiation. On déduit de ce test, après avoir lissé par colonnes les résultats obtenus, I'état logique que l'on doit imposer à chacune des cellules mémoire pour que sa probabilité de basculer lors du flash soit la plus élevée possible. Ce contenu Bd appelé "défavorable" B est présenté sur la figure 4, un point représentant une cellule à l'état logique haut. Also, a first shot was made with a content before irradiation where all the cells are in the low logical state. The content of the memory after irradiation is presented in FIG. 3 in which a point represents a cell having changed state under the effect of the irradiation. From this test, after having smoothed the results obtained in columns, we deduce the logical state that must be imposed on each of the memory cells so that its probability of switching during the flash is as high as possible. This content Bd called "unfavorable" B is presented in FIG. 4, a point representing a cell in the high logic state.
On peut remarquer, d'après les figures 2 et 4, que les contenus "défavorables" Ad et Bd sont identiques. On peut donc définir un contenu défavorable unique, ou contenu pire-cas, Ad étant égal à Bd. It can be seen from Figures 2 and 4 that the "unfavorable" contents Ad and Bd are identical. We can therefore define a single unfavorable content, or worst-case content, Ad being equal to Bd.
Des essais ont été réalisé, pour déterminer l'influence du contenu initial sur la détermination du seuil à partir duquel apparaissent des basculements de cellules de la mémoire. Tests have been carried out to determine the influence of the initial content on the determination of the threshold from which appear tilting of memory cells.
Les contenus initiaux, objets de ces essais sont - contenu favorable - contenu défavorable - contenu "tout à zéro", toutes les cellules étant à l'état bas, - contenu "tout à un", dans lequel toutes les cellules sont à l'état haut
Les résultats de ces essais sont représentés sur la figure 5
Le débit de dose est présenté en abscisse, et le nombre de changement d'état des cellules d'une mémoire en ordonnée. II faut remarquer que le débit de dose est exprimé par rapport au seuil de perturbation minimum.The initial contents, objects of these tests are - favorable content - unfavorable content - content "all at zero", all the cells being in the low state, - content "all at one", in which all the cells are at high state
The results of these tests are shown in Figure 5
The dose rate is presented on the abscissa, and the number of state changes of the cells of a memory on the ordinate. It should be noted that the dose rate is expressed relative to the minimum disturbance threshold.
En outre, on a représenté le nombre de changement d'état de cellules en fonction du débit de dose suivant le contenu utilisé. In addition, the number of cell state changes is shown as a function of the dose rate depending on the content used.
On peut voir que le seuil de perturbation minimum a bien été obtenu avec le contenu défavorable
Puis, on a réalisé des tirs à des débits de dose supérieurs aux seuils de perturbation afin de visualiser la façon dont les cellules changent d'état.We can see that the minimum disturbance threshold has been obtained with the unfavorable content
Then, shots were taken at dose rates higher than the disturbance thresholds in order to visualize how the cells change state.
Les résultats obtenus lorsque le contenu initial utilisé est le contenu défavorable, respectivement favorable, sont représentés sur la figure 6a, respectivement 6b, pour un débit de dose correspondant à 3 fois le seuil de perturbation minimum et sur la figure 7a, respectivement 7b, pour un débit de dose correspondant à 1,5 fois le seuil de perturbation minimum. The results obtained when the initial content used is the unfavorable content, respectively favorable, are shown in FIG. 6a, respectively 6b, for a dose rate corresponding to 3 times the minimum disturbance threshold and in FIG. 7a, respectively 7b, for a dose rate corresponding to 1.5 times the minimum disturbance threshold.
Un point sur ces figures représente une cellule ayant changé d'état sous l'effet de l'irradiation. A point in these figures represents a cell having changed state under the effect of irradiation.
Si on analyse les résultats présentés sur les figures 6 et 7, on constate qu'avec le contenu défavorable on arrive à un changement d'état de la quasi-totalité des cellules d'une zone perturbée. If we analyze the results presented in Figures 6 and 7, we see that with the unfavorable content we arrive at a change of state of almost all of the cells in a disturbed area.
On considère comme zone perturbée, les parties de la mémoire où le flash photonique a induit une chute d'alimentation locale suffisante aux bomes de chaque cellule pour ne plus assurer l'intégrité de l'information stockée. Considered as a disturbed area, the parts of the memory where the photonic flash induced a drop in local power sufficient for the terminals of each cell to no longer ensure the integrity of the stored information.
Le contenu défavorable est donc le contenu avant irradiation qui va favoriser le changement d'état des points mémoire lors d'un flash photonique. The unfavorable content is therefore the content before irradiation which will favor the change of state of the memory points during a photonic flash.
Le principal intérêt de cette invention réside dans le fait qu'on puisse évaluer la tenue des mémoires en mode non sélectionné face à une agression photonique impulsionnelle dans les conditions les plus défavorables pour le composant et donc, par conséquent, le seuil de perturbation trouvé sera réellement le seuil de perturbation minimum. The main interest of this invention resides in the fact that one can evaluate the behavior of memories in non-selected mode in the face of a pulsed photonic aggression under the most unfavorable conditions for the component and therefore, therefore, the disturbance threshold found will be actually the minimum disturbance threshold.
Cette procédure présente aussi un autre avantage non négligeable qui est l'économie du cout en nombre de tirs lors de l'évaluation d'une mémoire SRAM. En effet, en appliquant cette méthode lors de l'évaluation, seuls un ou deux contenus (contenus "défavorables" A et /ou B) doivent être testés sur les mémoires1 alors que dans le passé, il fallait effectuer ces même tests avec une panoplie plus ou moins grande de contenus plus classiques (échiquier, diagonale, tout à un, tout à zéro...). This procedure also has another non-negligible advantage which is the economy of the cost in number of shots during the evaluation of a SRAM memory. Indeed, by applying this method during the evaluation, only one or two contents ("unfavorable" contents A and / or B) must be tested on the memories1 whereas in the past, it was necessary to carry out these same tests with a panoply more or less of more traditional content (chessboard, diagonal, all to one, all to zero ...).
Pour une évaluation "classique" du seuil de perturbation réalisée sur cinq composants avec le procédé décrit, il faut réaliser un tir pour déterminer le contenu "défavorable" B puis environ dix tirs (cinq pour chaque contenu ) pour déterminer par dichotomie le seuil de perturbation sur une première mémoire pour une tension d'alimentation donnée avec les contenus "défavorables" A et B. Pour le seuil sur les quatre autres mémoires, il suffira de six tirs par mémoire (trois pour chacun des contenus A ou B) pour déterminer précisément le seuil, soit au total 34 tirs pour chaque tension d'alimentation étudiée, plus 1 tir pour rechercher le contenu "défavorable" B. For a "classical" assessment of the disturbance threshold carried out on five components with the described method, it is necessary to make a shot to determine the "unfavorable" content B then approximately ten shots (five for each content) to determine by dichotomy the disturbance threshold on a first memory for a given supply voltage with the "unfavorable" contents A and B. For the threshold on the other four memories, it will suffice six shots per memory (three for each of the contents A or B) to determine precisely the threshold, ie a total of 34 shots for each supply voltage studied, plus 1 shot to find the "unfavorable" content B.
II faut remarquer que normalement les contenus "défavorables" A et B doivent être quasiment identiques et dans ce cas là il suffit de réaliser 17 tirs pour chaque tension d'alimentation étudiée + 1 tir pour rechercher le contenu "défavorable" B. It should be noted that normally the "unfavorable" contents A and B must be almost identical and in this case it is enough to carry out 17 shots for each supply voltage studied + 1 shot to search for the "unfavorable" content B.
Si l'on utilise des contenus classiques (échiquier, diagonale, tout à un, tout à zéro...), il faudra réaliser cinq tirs sur une première mémoire pour déterminer par dichotomie le seuil de perturbation pour une tension d'alimentation donnée et trois tirs sur chacune des quatre autres mémoires, soit 17 tirs par contenu testé pour une tension d'alimentation donnée. En général, il faut tester au moins trois contenus pour avoir une idée précise du seuil soit au total 51 tirs pour une tension d'alimentation donnée. Sachant qu'un tir, sur le générateur photonique utilisé, coûte environ 2 KF, on peut estimer le gain financier apporté par ce procédé lors de l'évaluation au débit de dose d'une mémoire SRAM. If we use classic content (chessboard, diagonal, all to one, all to zero ...), we will have to make five shots on a first memory to determine by dichotomy the disturbance threshold for a given supply voltage and three shots on each of the other four memories, or 17 shots per content tested for a given supply voltage. In general, it is necessary to test at least three contents to have a precise idea of the threshold is a total of 51 shots for a given supply voltage. Knowing that a shot, on the photonic generator used, costs about 2 KF, we can estimate the financial gain brought by this process during the evaluation at the dose rate of a SRAM memory.
Cette procédure permet par la recherche des contenus défavorables de faire une analyse complète du mode de défaillance conduisant une cellule mémoire à changer d'état. En effet, si lors de la recherche des contenus "défavorables" A et B, on aboutit à des agencements particuliers, on pourra à l'aide d'informations foumies par le "layout" du composant conclure sur l'influence du "design" sur le mode de défaillance sous flash. On pourra ainsi voir l'influence de l'architecture de la cellule et de l'électronique périphérique telle que les décodeurs colonne, les décodeurs ligne, les lignes d'entrée et sortie, etc... This procedure allows, by searching for unfavorable contents, to make a complete analysis of the failure mode leading a memory cell to change state. Indeed, if during the search for "unfavorable" content A and B, we arrive at particular arrangements, we can with the help of information provided by the "layout" of the component conclude on the influence of "design" on the flash failure mode. We can thus see the influence of the architecture of the cell and peripheral electronics such as column decoders, line decoders, input and output lines, etc.
Cette procédure permet enfin, par la connaissance de l'état préférentiel de chacune des cellules mémoire, une meilleure analyse des résultats expérimentaux obtenus lors des différentes évaluations de mémoire SRAMs sous irradiation (ions lourds, neutrons, protons), en fait toutes les irradiation pouvant induire un changement d'état de cellules mémoire. Finally, this procedure allows, by knowing the preferential state of each of the memory cells, a better analysis of the experimental results obtained during the various evaluations of SRAMs memory under irradiation (heavy ions, neutrons, protons), in fact all the irradiation that can induce a change of state of memory cells.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9500565A FR2729498A1 (en) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | Semiconductor memory irradiation threshold determn. method for electronic system with e.g. SRAM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9500565A FR2729498A1 (en) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | Semiconductor memory irradiation threshold determn. method for electronic system with e.g. SRAM |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2729498A1 true FR2729498A1 (en) | 1996-07-19 |
| FR2729498B1 FR2729498B1 (en) | 1997-03-07 |
Family
ID=9475274
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9500565A Granted FR2729498A1 (en) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | Semiconductor memory irradiation threshold determn. method for electronic system with e.g. SRAM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2729498A1 (en) |
Citations (2)
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| US5157335A (en) * | 1989-08-18 | 1992-10-20 | Houston Theodore W | On-chip error detection circuit |
| EP0601392A2 (en) * | 1992-12-08 | 1994-06-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of testing the crosstalk behaviour of digital memories |
-
1995
- 1995-01-17 FR FR9500565A patent/FR2729498A1/en active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5157335A (en) * | 1989-08-18 | 1992-10-20 | Houston Theodore W | On-chip error detection circuit |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2729498B1 (en) | 1997-03-07 |
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