激光模拟磁阻式随机存取存储器的单粒子闩锁评估方法与流程

本发明涉及一种激光模拟磁阻式随机存取存储器的单粒子闩锁评估方法，属于半导体器件辐射性能评估。

背景技术：

1、随着探月工程和深空探索的迅猛发展，航天电子系统需要在更短时间内收集海量信息、处理数据，才能减少失败的风险。而随着半导体工艺的进步，传统的存储器面临漏电增大、可靠性降低、易受空间辐射粒子的干扰等问题，无法满足应用需求。因此，需要提供一种高性能、高可靠性的智能存储解决方案。磁阻式随机存取存储器相比于传统随机存取存储器，具有读写速度快、静态功耗低、存储密度高、使用寿命长等优势，非常适合作为一种可行的技术方案，可应用于航天和国防信息领域的电子系统，用作机器学习和传感器数据的载体等。

2、由于信息被存储在磁性隧道结(mtj)的磁化状态而非电荷中，部分研究者认为磁阻式随机存取存储器具有天然抗辐射力。有研究发现mtj的自由层受到了磁康普顿散射的影响会导致数据读取错误。在实际应用过程中，受外围cmos读写电路的影响，磁阻式随机存取存储器对辐射效应的免疫力受到质疑。对于磁阻式随机存取存储器出现的辐射效应是否全部由外围电路引起，这一观点，也有研究人员持怀疑态度。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，缺少能够判断磁阻式随机存取存储器对辐射效应的免疫力手段的问题，提出了一种激光模拟磁阻式随机存取存储器的单粒子闩锁评估方法。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种激光模拟磁阻式随机存取存储器的单粒子闩锁评估方法，其特征在于包括：

4、对磁阻式随机存取存储器进行背辐照样品制备；

5、利用磁阻式测试系统对制备完毕的磁阻式随机存取存储器进行功能测试；

6、设置激光试验参数，对通过功能测试的磁阻式随机存取存储器进行激光单粒子闩锁试验；

7、根据激光单粒子闩锁试验获取抗单粒子闩锁阈值eth、单粒子闩锁饱和截面σsel及sel现象敏感位置信息图；

8、根据抗单粒子闩锁阈值eth、单粒子闩锁饱和截面σsel及sel现象敏感位置信息图的位置信息li综合评估磁阻式随机存取存储器不同结构的单粒子抗闩锁特性。

9、对磁阻式随机存取存储器进行背辐照样品制备的具体步骤如下：

10、将磁阻式随机存取存储器表面的顶层塑料去掉；

11、将磁阻式随机存取存储器表面的铜散热层去掉；

12、将铜散热层下的焊接膜通过机械方式去除；

13、将焊接膜下的铁磁镍屏蔽层去掉，获取表面光滑的磁阻式随机存取存储器样品。

14、所述顶层塑料、铜散热层分别采用激光研磨或化学腐蚀、化学蚀刻去除，铁磁镍屏蔽层采用化学蚀刻去除，化学腐蚀使用非磁性工具以避免损坏磁阻式随机存取存储器内设置的敏感单元。

15、所述磁阻式测试系统包括试验电路板、线缆、程控电源、控制区、上位机，试验电路板根据磁阻式随机存取存储器的管脚排布和功能需求绘制，并进行制板、焊接；试验电路板通过线缆连接上位机，并由程控电源供电；控制区用于控制磁阻式随机存取存储器的功能测试流程；上位机用于采集数据并向控制区发送控制指令。

16、所述功能测试具体为：

17、对磁阻式随机存取存储器进行上电初始化设置；

18、向磁阻式随机存取存储器内的全部地址写入测试图形，读取磁阻式随机存取存储器输出数据进行判断，若输出数据与测试图形预设的输出结果相同，则输出数据正确，磁阻式随机存取存储器功能正常；若任一输出数据与测试图形预设的输出结果不同，则调整磁阻式随机存取存储器参数，直至输出数据与测试图形预设的输出结果一致。

19、所述磁阻式随机存取存储器的激光单粒子闩锁试验具体为：

20、将磁阻式随机存取存储器置于试验电路板上，将试验电路板放置于激光模拟源室内的三维平移台上，使试验电路板置于激光显微镜的物镜正下方进行辐照实验；

21、通过调整磁阻式随机存取存储器与显微镜物镜出光口之间的距离使激光焦平面聚焦于磁阻式随机存取存储器衬底表面，并进行激光试验参数设置：激光试验参数包括初始脉冲激光能量，扫描步长，扫描速度，激光重复频率，其中，设置z轴偏移量使得激光的焦平面从磁阻式随机存取存储器的衬底表面到达电路的有源区，z轴偏移量的大小通过磁阻式随机存取存储器的衬底厚度决定；

22、设定扫描区域，开始激光试验，按照预设步长逐步增加激光能量，在不同激光能量下进行区域扫描，监测磁阻式随机存取存储器的sel现象发生次数；

23、每发生一次sel现象，记录此时的sel现象，同时记录sel错误数加一，利用外部红外成像系统获取sel现象的敏感位置信息；

24、重复进行激光试验，直至遍历所有的扫描区域，获取全部sel现象的敏感位置信息图，确定抗单粒子闩锁阈值eth和单粒子闩锁饱和截面σsel。

25、所述sel现象的判定方法为：

26、当激光试验过程中，磁阻式随机存取存储器电流由个位数ma跳变至双位数ma或三位数ma时，停止辐照激光试验或复位操作后电流未恢复至个位数ma，且断电重启后电流恢复，则发生sel现象。

27、获取抗单粒子闩锁阈值eth的方法为：

28、当激光能量值为en时，磁阻式随机存取存储器未出现sel，则en记为发生sel的激光能量阈值eth；en＝e1-0.1*e1*n，n＝1,2…或en＝e1-0.02*n,n＝1,2…，单粒子闩锁阈值为磁阻式随机存取存储器的芯片不发生单粒子闩锁的最大脉冲激光能量。

29、单粒子闩锁饱和截面σsel的获取方法为：

30、当改变激光能量值且sel现象出现次数变化量于指定范围内时，将获得的实验数据绘制成威布尔曲线，观测sel截面是否达到饱和，如饱和则停止激光试验，确定单粒子闩锁饱和截面σsel；

31、单粒子闩锁饱和截面σsel具体为：在不同能量的脉冲激光轰击下，磁阻式随机存取存储器的芯片所能达到的最大单粒子闩锁截面。

32、sel现象敏感位置信息图的确定方法为：

33、于激光试验中，当第一次发生sel现象时的激光能量值e1值≥1nj时，每次以0.02nj降低激光能量值，重复激光扫描实验，获得在不同激光能量下磁阻式随机存取存储器的sel现象并记录；当发生sel现象时的e1值<1nj时，每次以0.1*e1降低激光能量值，重复激光扫描实验，获得在不同激光能量下磁阻式随机存取存储器的sel现象并记录；

34、利用红外成像系统对出现sel现象的敏感位置进行成像，获取磁阻式随机存取存储器的版图布局，根据版图布局定位出现sel现象的所有具体位置确定sel现象敏感位置信息图。

35、磁阻式随机存取存储器不同结构的单粒子抗闩锁特性的评估内容具体为：

36、当前磁阻式随机存取存储器的激光闩锁阈值能量eth越大，抗单粒子闩锁能力越强，单粒子饱和截面值σsel越小，抗单粒子闩锁能力越强；

37、根据位置信息li判断发生sel现象时的位置为磁阻式随机存取存储器的外围电路或存储阵列，根据具体部件确定抗单粒子闩锁能力。

38、本发明与现有技术相比的优点在于：

39、(1)本发明提供的一种激光模拟磁阻式随机存取存储器的单粒子闩锁评估方法，提出利用脉冲激光局域辐照，精准定位的优势对磁阻式随机存取存储器开展sel研究，旨在区分辐射效应是由mtj阵列引起还是外围电路引起的难题，通过清晰的评估流程对掌握磁阻式随机存取存储器单粒子闩锁效应致错机理以及不同结构的抗单粒子闩锁能力有重要意义，为磁阻式随机存取存储器单粒子效应的精准评估提供重要支撑。

40、(2)本发明创新性的提出了一种激光模拟磁阻式随机存取存储器的单粒子闩锁的评估方法，通过对磁阻式随机存取存储器激光背辐照局域扫描，能够准确有效区分对单粒子闩锁敏感的具体电路结构；并利用红外成像系统，对发生单粒子闩锁的电路结构进行成像，获取器件的单粒子闩锁敏感位图，能够更精准的对器件的单粒子闩锁致错机理进行分析；

41、(3)本发明给出了获取磁阻式随机存取存储不同结构单粒子闩锁阈值和单粒子闩锁饱和截面的方法，能够进一步提高单粒子闩锁效应评估的准确性和全面性。