전자 장치와 이를 구성하는 구성 요소의 경우 내구성이 가장 중요합니다. 최근에, 피손 연구원들은 3D NAND 플래시 모듈의 내구성을 테스트할 때 장치의 수명을 예측하는 데 사용되는 업계 표준 테스트 방법이 매우 부정확하다는 사실을 발견했습니다. 연구원들은 2023년에 이 문제를 해결하기 위한 연구 결과와 권장 사항을 발표했습니다. IEEE 국제 신뢰성 물리학 심포지엄.
참고: 이 기사는 심포지엄에서 발표된 원본 논문을 기반으로 작성되었습니다. 기술적인 측면이 덜한 독자를 위해 높은 수준으로 요약한 다음, 이를 선호하는 독자를 위해 좀 더 기술적인 세부 정보도 포함합니다.
원래 테스트 방법 자세히 살펴보기
전자 장치의 수명을 예측하기 위한 오랜 업계 표준은 Arrhenius 방정식을 사용한 고온 가속 방법이었습니다. 그런데 그게 무슨 뜻인가요?
“고온 가속” 이는 장치를 정상적으로 노화시켜 장치의 수명을 테스트하는 대신, 연구원들이 장치를 표준 작동 온도보다 훨씬 높은 온도에 노출시켜 장치의 노화 속도를 가속화하는 방법을 찾았다는 의미입니다. 이렇게 하면 표준 작동 조건에서 나타나는 데 수년이 걸릴 수 있는 오류나 결함을 보다 신속하게 감지할 수 있습니다.
아레니우스 방정식 온도와 반응 속도 사이의 관계와 온도가 이러한 반응을 어떻게 가속화할 수 있는지를 나타냅니다.
을 위한 낸드플래시 제품, 수명은 장치가 표준에서 미리 정의된 비트 오류율에 도달하는 데 걸리는 시간으로 정의됩니다. 작동 온도.
좀 더 과학적인 해석을 선호하는 사람들을 위해 더 자세한 설명이 있습니다.
NAND 플래시 제품의 수명은 소자 작동 온도(30°C)에서의 유지 시간으로 정의됩니다.영형C~40영형C) 비트 오류율(BER)이 오류 정정 코드(ECC) 성능의 상한인 특정 수준에 도달한 경우(그림 1 참조)
JEDEC 문서에 따르면 전자 장치의 수명은 다음과 같은 Arrhenius 방정식을 사용하여 온도 가속 방법으로 추정할 수 있습니다.
방정식에서 T1 그리고 티2 각각 베이킹 온도와 장치 작동 온도입니다. 티1 그리고 t2 T에서의 체류 시간은 다음과 같습니다.1 그리고 티2, 각각. k는 볼츠만 상수입니다. 이자형ㅏ 는 활성화 에너지이며 데이터 보존 특성에 대한 온도 효과의 강도를 나타냅니다. 더 큰 Eㅏ (기울기가 클수록) 머무름 시간이 온도 효과가 더 강하다는 것을 나타냅니다. 이 모델에서는 Eㅏ 는 일정한 값이며 베이킹 온도와 무관합니다. E 이후ㅏ 일반적으로 NAND 공급업체에서 제공하는 알려진 요소인 장치 수명 t2 장치 작동 온도 T에서2 메모리 오류 시간 t를 감지하여 그에 따라 계산할 수 있습니다.1 굽는 온도 T에서1 (그림 2 참조)
Phison이 발견한 것
Phison 엔지니어들은 연구를 통해 일정하고 변하지 않는 값으로 가정되었던 Arrhenius 방정식의 요소 중 하나가 베이킹 온도에 따라 3D NAND 플래시 장치에서 실제로 달라질 수 있다는 사실을 발견했습니다. 3D NAND 플래시의 셀 크기, 셀 사이의 거리, 터널링 층의 스케일링이 2D NAND 플래시의 요소와 다르게 작동하기 때문입니다. 이러한 차이로 인해 필연적으로 장치 수명이 과대평가되었습니다.
기술적 세부 사항:
Phison의 최근 연구에서 E가 발견되었습니다.ㅏ 변경되지 않고 유지될 수 있으며 3D NAND 플래시의 베이킹 온도에 따라 달라질 수 있습니다(그림 3 참조).
t는 BER이 특정 값에 도달할 때의 유지 시간으로 명확하게 정의됩니다. 실험에서는 다양한 t는 E를 추출하기 위해 광범위한 베이킹 온도에서 기록되었습니다.ㅏ. 측정된 t는 기존의 Arrhenius 모델을 따르지 않았으며(직선으로 떨어지지 않았음) 2단계 동작을 나타냈습니다. 더 높은 Eㅏ T > 85에서 관찰됩니다영형C, 낮은 Eㅏ T < 85에서 추출됩니다.영형C. 전류 검증 방법을 통해 평가된 장치 수명은 일반적으로 더 높은 온도 영역의 데이터 지점에서 작동 온도 영역으로 외삽하여 추출되므로 비정상적인 2단계 현상은 유지 수명을 상당히 과대평가하게 됩니다.
일반적으로 활성화 에너지 E의 값은ㅏ 물리적 메커니즘에 의해 결정됩니다. 결과적으로 앞서 언급한 2단계 특성은 유지 실패가 하나 이상의 물리적 메커니즘에 의해 발생함을 나타냅니다.
Phison의 연구에서는 3D NAND의 다양한 보존 온도 및 프로그램/삭제(P/E) 주기 조건에서 해당 물리적 메커니즘이 처음으로 실험적으로 검증되었습니다. 독특한 2단계 특징은 세 가지 서로 다른 물리적 메커니즘과 관련이 있다는 것이 입증되었습니다(그림 4 및 5 참조).
더 낮은 온도에서 BER의 증가는 직접 터널링(DT) 프로세스를 통해 실리콘 질화물(SiN)에 갇힌 전자 수직 손실에 의해 지배되는 경향이 있습니다. 더 높은 온도에서는 주요 물리적 메커니즘이 P/E 사이클 조건에 따라 달라집니다. 낮은 P/E 순환 장치에서 BER의 증가는 열 보조 터널링(ThAT)을 통한 SiN 트랩 전자 측면 이동에서 비롯되는 반면, 높은 P/E 순환 장치에서는 주로 SiN 트랩 전자 수직 손실로 인해 발생합니다. FP(Frenkel-Poole) 방출에 이어 PCAT(양전하 보조 터널링) 프로세스가 이어집니다.
연구 결과를 통해 새롭고 더 정확한 평생 자격 취득 방법이 탄생했습니다.
Phison 팀의 연구 덕분에 3D NAND 플래시 수명 테스트의 부정확성이 밝혀지고 업계 전반에 설명되었습니다. 이러한 부정확성 문제를 해결하기 위해 팀은 현재 Phison의 신뢰성 인증 프로세스에 사용되고 있는 두 가지 새로운 테스트 방법을 설계하고 제시했습니다.
다중 활성화 에너지 검증 방법
이 방법에는 보다 정확한 수명 예측을 얻기 위해 다양한 온도에서 다양한 활성화 에너지(그다지 일정하지 않은 것으로 판명된 상수)가 포함됩니다.
기술적 세부 사항:
이 테스트 방법의 첫 번째 단계에서는 다양한 E를 추출하기 위해 광범위한 베이킹 온도에서의 유지 특성을 구현해야 합니다.ㅏ 가치. 설명을 단순화하기 위해 두 가지 다른 활성화 에너지 E만 가정합니다.아, HT 그리고 E에이, LT 얻어집니다(그림 6 참조).
다음 단계에서는 기기 보유 시간 t2 더 낮은 베이킹 온도 T에서2 메모리 실패 시간 t를 측정하여 계산할 수 있습니다.1 더 높은 베이킹 온도 T에서1, 다음 방정식에 표시된 대로:
마지막으로 한번 t2 구해지면 장치 수명 t3 장치 작동 온도 T에서3 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.
실온 외삽 검증 방법
이 방법은 실온에서 작동하는 동안 장치의 비트 오류율을 지속적으로 측정하여 작동합니다. 여러 데이터 포인트가 수집된 후 연구원은 선형 외삽법을 사용하여 장치 수명을 예측할 수 있습니다.
기술적 세부 사항:
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Phison의 연구 및 권장 사항이 중요한 이유
제조업체와 소비자가 NAND 플래시 모듈이 포함된 NAND 플래시나 SSD를 구매할 때 해당 장치의 수명이 얼마나 되는지를 아는 것이 중요합니다. NAND 플래시 공급업체가 자사 제품에 대해 더욱 정확하고 투명할수록 고객은 브랜드에 대한 신뢰도를 높일 수 있습니다. 덕분에 파이슨 연구원, 3D NAND 플래시 장치 및 모듈의 수명 예측이 더 정확해지며 장치 오류로 인한 예기치 않은 가동 중지 시간 및 기타 중단 시간을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
Phison은 전자공학에 대한 지속적인 연구에 전념하고 있습니다. 기술과 앞선 역량 미래의 애플리케이션과 사용 사례를 활성화하고 지원합니다.
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