Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 53291 10.12737/2219-0767-2022-15-3-93-102 Технические науки Технические науки Computer simulation of radiation effects on high-speed non-volatile memory Компьютерное моделирование радиационного воздействия на энергонезависимую память с высоким быстродействием Чубунов Павел Александрович Chubunov Pavel Aleksandrovich Лапшин Артем Петрович Lapshin Artem Petrovich Солодилов Максим Витальевич Solodilov Maksim Vital'evich Рязанцев Роман Борисович Ryazancev Roman Borisovich Гамзатов Нариман Гамзевич Gamzatov N. G. Евдокимова Светлана Анатольевна Evdokimova Svetlana Anatol'evna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 АО "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" Россия АО "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" Russian Federation АО "Научно-исследовательский институт приборов" Россия АО "Научно-исследовательский институт приборов" Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov АО "ВЗПП-С" Россия АО "ВЗПП-С" Russian Federation АО «Научно-исследовательский институт «Субмикрон» (г. Москва) Москва Россия Scientific research institute «Submicron» Moscow Russian Federation 05 10 2022 05 10 2022 15 3 93 102 05 10 2022 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/53291/view

Статья посвящена исследованию радиационного воздействия на энергонезависимую память. В основе энергонезависимой памяти с высоким быстродействием лежит сегнетоэлектрический эффект. В работе описан принцип работы памяти FRAM, рассмотрены характеристики различных вариантов реализации FRAM. Особое внимание уделено описанию экспериментальных исследований стойкости FRAM от воздействия ионизационного излучения космического пространства. Рассматривались PZT-FRAM трех производителей Krysalis Corporation, National Semiconductor Corporation и Sandia National Labratories. В работе проиллюстрированы зависимости заряда переключения при воздействиях рентгеновского излучения, изменение заряда при облучении и отжиге при низких температурах, графики петель Гистерезиса и др. Были изучено влияние нейтронов на PZT FRAM путем измерения полного заряда переключения, наблюдаемого при измерении петли Гистерезиса; остаточного заряда; эффекта при повторном цикле чтения/записи. В эксперименте участвовали три образца с разными PZT-пленками толщиной 240, 250 и 400 нм.

The article is devoted to the study of radiation effects on non-volatile memory. The basis of non-volatile memory with high speed is the ferroelectric effect. The paper describes the principle of operation of FRAM memory, considers the characteristics of various options for the implementation of FRAM. Particular attention is paid to the description of experimental studies of the resistance of FRAM to the effects of ionization radiation from outer space. PZT-FRAMs from three manufacturers, Krysalis Corporation, National Semiconductor Corporation, and Sandia National Laboratories, were considered. The paper illustrates the dependences of the switching charge under the influence of X-rays, the charge change during irradiation and annealing at low temperatures, plots of Hysteresis loops, etc. The influence of neutrons on PZT FRAM was studied by measuring the total switching charge observed when measuring the Hysteresis loop; residual charge; effect on repeated read/write cycles. The experiment involved three samples with different PZT films 240, 250, and 400 nm thick.

 Радиационное воздействие энергонезависимая память сегнетоэлектрический эффект стойкость КМОП-технология петля Гистерезиса. Radiation exposure non-volatile memory ferroelectric effect resistance CMOS technology Hysteresis loop.

Research on single event effect test of a RRAM memory and space flight demonstration / H. Lyu, H. Zhang, B. Mei [et al.] // Microelectronics Reliability. - 2021. - Vol. 126. - C. 114347. - DOI: 10.1016/j.microrel.2021.114347. Research on single event effect test of a RRAM memory and space flight demonstration / H. Lyu, H. Zhang, B. Mei [et al.] // Microelectronics Reliability. - 2021. - Vol. 126. - C. 114347. - DOI: 10.1016/j.microrel.2021.114347. Dependable non-volatile memory / A. Martens, R. Scholz, P. Lindow [et al.] // SYSTOR 2018 - Proceedings of the 11th ACM International Systems and Storage Conference. - 2018. - P. 1-12. - DOI: 10.1145/3211890.3211898. Dependable non-volatile memory / A. Martens, R. Scholz, P. Lindow [et al.] // SYSTOR 2018 - Proceedings of the 11th ACM International Systems and Storage Conference. - 2018. - P. 1-12. - DOI: 10.1145/3211890.3211898. Gonzalez-Velo, Y. Review of radiation effects on ReRAM devices and technology / Y. Gonzalez-Velo, H.J. Barnaby, M.N. Kozicki // Semiconductor Science and Technology. - 2017. - Vol. 32 (8). - C. 083002. - DOI: 10.1088/1361-6641/aa6124. Gonzalez-Velo, Y. Review of radiation effects on ReRAM devices and technology / Y. Gonzalez-Velo, H.J. Barnaby, M.N. Kozicki // Semiconductor Science and Technology. - 2017. - Vol. 32 (8). - C. 083002. - DOI: 10.1088/1361-6641/aa6124. Метод и алгоритм поиска дефектов для радиационно-стойких микросхем / К.В. Зольников, В.А. Скляр, В.П. Крюков [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2014. - № 2. - С. 10-13. Metod i algoritm poiska defektov dlya radiacionno-stoykih mikroshem / K.V. Zol'nikov, V.A. Sklyar, V.P. Kryukov [i dr.] // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: Fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2014. - № 2. - S. 10-13. Комбаев, Т.Ш. Проектирование радиационной защиты комплекса научной аппаратуры космического аппарата дистанционного зондирования Земли / Т.Ш. Комбаев, М.Е. Артемов, И.В. Зефиров // Инженерный журнал: наука и инновации. - 2019. - № 5 (89). - С. 6. - DOI: 10.18698/2308-6033-2019-5-1878. Kombaev, T.Sh. Proektirovanie radiacionnoy zaschity kompleksa nauchnoy apparatury kosmicheskogo apparata distancionnogo zondirovaniya Zemli / T.Sh. Kombaev, M.E. Artemov, I.V. Zefirov // Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovacii. - 2019. - № 5 (89). - S. 6. - DOI: 10.18698/2308-6033-2019-5-1878. Challenges and approaches to radiation hardness control of electronic components to in-space high-energy particles exposure / V. Anashin, P. Chubunov, A. Koziukov [et al.] // Proceedings - 2018 20th International Symposium on High-Current Electronics, ISHCE 2018. - 2018. - С. 31-34. - DOI: 10.1109/ISHCE.2018.8521206. Challenges and approaches to radiation hardness control of electronic components to in-space high-energy particles exposure / V. Anashin, P. Chubunov, A. Koziukov [et al.] // Proceedings - 2018 20th International Symposium on High-Current Electronics, ISHCE 2018. - 2018. - S. 31-34. - DOI: 10.1109/ISHCE.2018.8521206. Разработка средств автоматизации проектирования специализированных микросхем для управляющих вычислительных комплексов двойного назначения : монография / В.Н. Ачкасов, В.М. Антимиров, В.Е. Межов, В.К. Зольников. - Воронеж, 2005. - 240 с. Razrabotka sredstv avtomatizacii proektirovaniya specializirovannyh mikroshem dlya upravlyayuschih vychislitel'nyh kompleksov dvoynogo naznacheniya : monografiya / V.N. Achkasov, V.M. Antimirov, V.E. Mezhov, V.K. Zol'nikov. - Voronezh, 2005. - 240 s. Design and characterization of a CMOS two-stage miller amplifier for ionizing radiation dosimetry / G. Salaya, M. Garcia-Inza, S. Carbonetto, A. Faigon //2017 Argentine Conference of Micro-Nanoelectronics, Technology and Applications, CAMTA 2017. - 2017. - C. 8058137. - DOI: 10.1109/CAMTA.2017.8058137. Design and characterization of a CMOS two-stage miller amplifier for ionizing radiation dosimetry / G. Salaya, M. Garcia-Inza, S. Carbonetto, A. Faigon //2017 Argentine Conference of Micro-Nanoelectronics, Technology and Applications, CAMTA 2017. - 2017. - C. 8058137. - DOI: 10.1109/CAMTA.2017.8058137. High-Voltage LDMOS transistors on an SOI structure for electronics that operate in extreme conditions / S.I. Babkin, S.I. Volkov, A.A. Glushko [et al.] // Russian Microelectronics. - 2020. - Vol. 49(4). - Pp. 285 - 2941. - DOI: 10.1134/S1063739720030026. High-Voltage LDMOS transistors on an SOI structure for electronics that operate in extreme conditions / S.I. Babkin, S.I. Volkov, A.A. Glushko [et al.] // Russian Microelectronics. - 2020. - Vol. 49(4). - Pp. 285 - 2941. - DOI: 10.1134/S1063739720030026. Role of tungsten dopants in indium oxide thin-film transistor on radiation hardness technology / D.-B. Ruan, P.-T. Liu, K.-J. Gan [et al.] // Applied Physics Letters. - 2020. - Vol. 116(18). - C. 182104. - DOI: 10.1063/1.5142557. Role of tungsten dopants in indium oxide thin-film transistor on radiation hardness technology / D.-B. Ruan, P.-T. Liu, K.-J. Gan [et al.] // Applied Physics Letters. - 2020. - Vol. 116(18). - C. 182104. - DOI: 10.1063/1.5142557. Radiation effects and reliability characteristics of Ge pMOSFETs / D.-B. Ruan, K.-S. Chang-Liao, Z.-Q. Hong // Microelectronic Engineering. - 2019. - Vol. 21615. - C. 111034. - DOI: 10.1016/j.mee.2019.111034. Radiation effects and reliability characteristics of Ge pMOSFETs / D.-B. Ruan, K.-S. Chang-Liao, Z.-Q. Hong // Microelectronic Engineering. - 2019. - Vol. 21615. - C. 111034. - DOI: 10.1016/j.mee.2019.111034. Новикова, Т.П. Разработка алгоритма решения задач управления последовательностью испытаний электронной компонентной базы / Т.П. Новикова // Научно-технический вестник Поволжья. - 2018. - № 8. - С. 85-87. Novikova, T.P. Razrabotka algoritma resheniya zadach upravleniya posledovatel'nost'yu ispytaniy elektronnoy komponentnoy bazy / T.P. Novikova // Nauchno-tehnicheskiy vestnik Povolzh'ya. - 2018. - № 8. - S. 85-87. Effect of gamma irradiation on leakage current in CMOS readout chips for the ATLAS upgrade silicon strip tracker at the HL-LHC / S. Stucci, G. Rosin, A. Tricoli [et al.] // 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, NSS/MIC 2017 - Conference Proceedings. - 2018. - C. 8532840. - DOI: 10.1109/NSSMIC.2017.8532840. Effect of gamma irradiation on leakage current in CMOS readout chips for the ATLAS upgrade silicon strip tracker at the HL-LHC / S. Stucci, G. Rosin, A. Tricoli [et al.] // 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, NSS/MIC 2017 - Conference Proceedings. - 2018. - C. 8532840. - DOI: 10.1109/NSSMIC.2017.8532840. Таперо, К.И. Проблемные вопросы оценки стойкости электронной компонентной базы к воздействию поглощенной дозы ионизирующего излучения космического пространства / К.И. Таперо // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2021. - № 4. - С. 5-14. Tapero, K.I. Problemnye voprosy ocenki stoykosti elektronnoy komponentnoy bazy k vozdeystviyu pogloschennoy dozy ioniziruyuschego izlucheniya kosmicheskogo prostranstva / K.I. Tapero // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: Fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2021. - № 4. - S. 5-14. Локальная радиационная защита электронной компонентной базы космических аппаратов / А. Якушевич, Ю. Богатырев, С. Грабчиков [и др.] // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2021. - № 1 (202). - С. 166-172. - DOI: 10.22184/1992-4178.2021.202.1.166.172. Lokal'naya radiacionnaya zaschita elektronnoy komponentnoy bazy kosmicheskih apparatov / A. Yakushevich, Yu. Bogatyrev, S. Grabchikov [i dr.] // Elektronika: Nauka, tehnologiya, biznes. - 2021. - № 1 (202). - S. 166-172. - DOI: 10.22184/1992-4178.2021.202.1.166.172. Backside illuminated CMOS-TDI line scan sensor for space applications / O. Cohen, O. Ofer, G. Abramovich [et al.] // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2018. - Vol. 10641. - C.106410R. - DOI: 10.1117/12.2304511. Backside illuminated CMOS-TDI line scan sensor for space applications / O. Cohen, O. Ofer, G. Abramovich [et al.] // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2018. - Vol. 10641. - C.106410R. - DOI: 10.1117/12.2304511. An integrated RAD-hard test-vehicle for embedded emerging memories / N. Lupo, C. Calligaro, C. Wenger, F. Maloberti // 2016 IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, ICECS 2016. - 2017. - C. 7841118. - DOI: 10.1109/ICECS.2016.7841118. An integrated RAD-hard test-vehicle for embedded emerging memories / N. Lupo, C. Calligaro, C. Wenger, F. Maloberti // 2016 IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, ICECS 2016. - 2017. - C. 7841118. - DOI: 10.1109/ICECS.2016.7841118. Результаты радиационных испытаний высокоточного звёздного датчика нового поколения и его комплектующих / Р.В. Бессонов, А.А. Кобелева, С.А. Прохорова [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2021. - Т. 18, № 6. - С. 127-137. - DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-6-127-137. Rezul'taty radiacionnyh ispytaniy vysokotochnogo zvezdnogo datchika novogo pokoleniya i ego komplektuyuschih / R.V. Bessonov, A.A. Kobeleva, S.A. Prohorova [i dr.] // Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. - 2021. - T. 18, № 6. - S. 127-137. - DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-6-127-137. Simulation of annealing and the ELDRS in p-MNOS RADFETS / E.V. Mrozovskaya, P.A. Zimin, P.A. Chubunov [et al.] // High Temperature Material Processes. - 2019. - Т. 23, № 4. - С. 313-318. - DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2019031964. Simulation of annealing and the ELDRS in p-MNOS RADFETS / E.V. Mrozovskaya, P.A. Zimin, P.A. Chubunov [et al.] // High Temperature Material Processes. - 2019. - T. 23, № 4. - S. 313-318. - DOI: 10.1615/HighTempMatProc.2019031964. Зольников, К.В. Проблемы моделирования воздействия космического излучения на элементную базу / К.В. Зольников, В.А. Скляр, С.А. Евдокимова // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. - 2014. - № 2. - С. 17-20. Zol'nikov, K.V. Problemy modelirovaniya vozdeystviya kosmicheskogo izlucheniya na elementnuyu bazu / K.V. Zol'nikov, V.A. Sklyar, S.A. Evdokimova // Voprosy atomnoy nauki i tehniki. Seriya: Fizika radiacionnogo vozdeystviya na radioelektronnuyu apparaturu. - 2014. - № 2. - S. 17-20.