纳米材料及HfO_2基存储器件的原位电子显微学研究

总结了我们将原位技术和透射电子显微学分析方法相结合,针对纳米材料和器件的结构、形貌、成分以及电势分布等物理性质的动态行为所开展的综合物性表征和分析工作.主要成果有:揭示了C_(60)纳米晶须在焦耳热作用下的结构相变路径;观察到了电荷俘获存储器中的电荷存储位置以及栅极电压诱导的氧空位缺陷;研究了阻变存储器中氧空位通道的形成过程以及导电通道的开关机理.这些成果不但有助于深入理解纳米材料和器件相关功能的物理机理,改善其工作性能,更展示了透射电子显微学在微电子领域强大的研究能力.     

非易失铁电存储器的进展和若干问题

铁电薄膜与半导体集成,产生了新一代非易失存储器。它的功耗之小,写入速度之快,可重写次数之多以及抗辐照能力之强是目前任何一种半导体存储器所不及的。文章介绍了非易失铁电存储器的原理、特点、进展和应用,并讨论了这类存储器在进入大规模商业生产时所面临的若干材料、工艺和器件失效等问题。     

倒装芯片塑料球栅阵列封装器件在外应力下的失效机理

倒装芯片塑料球栅阵列(FC-PBGA)封装形式独特而被广泛应用, 分析研究其在实际应用过程中, 在高温、电、水汽等多种综合环境应力条件作用下的失效机理对提高其应用可靠性有重要意义. 本文对0.13 μm 6层铜布线工艺的FC-PBGA FPGA器件, 通过暴露器件在以高温回流焊过程中的热-机械应力为主的综合外应力作用下的失效模式, 分析与失效模式相对应的失效机理. 研究结果表明, FC-PBGA器件组装时的内外温差及高温回流焊安装过程中所产生的热-机械应力是导致失效的根本原因, 在该应力作用下, 芯片上的焊球会发生再熔融、桥接相邻焊球致器件短路失效; 芯片与基板之间的填充料会发生裂缝分层、倒装芯片焊球开裂/脱落致器件开路失效; 芯片内部的铜/低k互连结构的完整性受损伤而影响FC-PBGA器件的使用寿命.     

静态随机访问存储器型现场可编程门阵列辐照效应测试系统研制

 在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。     

不同复合相变材料用于电子器件控温性能的研究

本文实验研究了两种相变温度分别为59℃和85℃的有机物/膨胀石墨复合相变材料对模拟芯片的控温性能。在模拟芯片的发热功率分别为15 W、20 W和25 W条件下,测试了不同环境温度下两种复合相变材料对芯片的控温效果。结果表明,复合相变材料可以使模拟电子芯片的控制在100℃以下的时间延长38%~110%,在环境温度高达70℃的条件下也能达到控温需求。     

一种三级半导体制冷器失效分析研究

研究了一种用于冷却探测芯片的小型三级半导体制冷器的装配、调试失效因素,分析了工作状态下制冷器冷、热端装配结构与方式对制冷器制冷性能的影响,得出半导体制冷器的制冷性能随装配方式的影响规律,并提出了防止失效的方法,为该三级半导体制冷器的装配工艺设计提供了依据。     

非铅卤素钙钛矿及其阻变性能研究进展

近年来,铅基卤素钙钛矿因其制备工艺简单、载流子扩散距离长以及离子迁移速率快等优点而被应用于阻变存储器.然而,铅基卤素钙钛矿结构中的铅对人类健康与环境保护存在威胁,限制了铅基卤素钙钛矿在数据存储领域的实际应用.研究者们针对铅基钙钛矿铅毒性的问题展开了一系列研究.其中,非铅卤素钙钛矿因不含铅而被认为是最有前景的下一代新型阻变存储介质材料.最近几年,锡基、铋基、锑基和铜基等非铅卤素钙钛矿被引入阻变存储器领域.本文系统地综述了非铅卤素钙钛矿材料及其阻变性能,归纳了非铅卤素钙钛矿的阻变性能及其阻变机理,指出了非铅卤素钙钛矿材料应用于阻变存储器存在的关键问题,为进一步研究非铅钙钛矿阻存储器提供了参考.     

一种FPGA芯片在射频干扰下的失效机理

研究了一种Xilinx公司FPGA芯片XC7A200T-2FBG676在射频干扰下的失效机理。通过对该FPGA内核供电引脚注入射频干扰发现,某些频率下,随着干扰强度的增大,FPGA会依次出现三种不同类型的失效,分别为该FPGA的内核失效、I/O失效和配置失效。测试分析和HSPICE仿真表明,内核失效是由于BRAM的逻辑层抗扰性差所致,I/O失效是由于射频干扰下输入/输出信号的同时失真所致,配置失效则是由于配置系统读取错误的配置使能信号所致。研究可为该FPGA芯片或者系统电磁兼容设计以及该FPGA抗扰性检测方案的制定提供指导。     

相变存储单元RESET多值存储过程的数值仿真研究

使用数值仿真方法对相变随机存储器存储单元的RESET操作的多值存储过程进行了研究,建立了三维存储单元模型,用有限元法解Laplace方程及热传导方程以模拟电脉冲作用下的存储单元物性变化过程.计算出单元内相变层的相态分布及单元整体电阻,分析了单元内部尺寸变化对多值存储过程及状态的影响.结果表明,通过精确控制输入电脉冲,相变存储单元能够实现4值存储;多值存储状态受单元内相变层厚度及下电极接触尺寸变化的影响较大;存储状态在80℃的环境温度下均可保持10年以上不失效.     

氮掺杂Ge2Sb2Te5相变存储器的多态存储功能

通过反应溅射的方法,制备了N掺杂的Ge2Sb2Te5(N-GST)薄膜,用作相变存储器的存储介质.研究表明,掺杂的N以GeN的形式存在,不仅束缚了Ge2Sb2Te5 (GST)晶粒的长大也提高了GST的晶化温度和相变温度.利用N-GST薄膜的非晶态、晶态面心立方相和晶态六方相的电阻率差异,能够在同一存储单元中存储三个状态,实现相变存储器的多态存储功能.     

一种高效的星载高速固态存储器坏块管理算法

随着卫星技术的发展和功能的多样化,星载固态存储器需要存储的数据量越来越大,存储速率越来越高,在轨寿命越来越长。基于NAND Flash的星载固态存储器的并行存储方案得到广泛应用。但是由于NAND Flash存在初始坏块,且Flash芯片中坏块分布离散性较大。当固态存储器存储速率较高,并行存储的Flash芯片数增多,坏块经叠加映射后,使固态存储器有效容量损失较大。针对高速固态存储器的坏块问题,提出了一种高效的坏块管理算法,通过对坏块进行地址映射和替换,使固态存储器初始有效容量与装机容量的比值在高速并行存储的情况下仍能保持在97%左右,提高了Flash芯片存储容量的利用率,延长了大容量星载高速固态存储器的使用寿命。     

基于热管相变传热技术的芯片散热数值研究

建立了高效相变传热的热管散热模组的物理模型并进行了数值求解。研究了是否加装热管、风量的大小、翅片的数量及间距对散热系统性能的影响,并得到了不同工况下芯片表面温度分布。研究表明,采用相变传热的热管散热器与铜管散热器相比,芯片的最高工作温度下降了23℃。电子芯片表面的最高温度随风量的增大而降低,但风量增大的同时,会带来风扇功耗的增大。在保持热管散热模组冷凝段长度不变时,翅片的数量存在一个最佳值,使得芯片的工作温度最低。     

总剂量辐射环境中的静态随机存储器功能失效模式研究

本文对静态随机存储器 (SRAM) 总剂量辐射引起的功能失效进行了六种不同测试图形下的测试. 利用不同测试图形覆盖的出错模式不同, 通过对比一定累积剂量下同一器件不同测试图形测试结果的差异, 以及对失效存储单元单独进行测试, 研究了总剂量辐照引起的SRAM器件功能失效模式. 研究表明: 器件的功能失效模式为数据保存错误 (Data retention fault) 且数据保存时间具有离散性, 引起数据保存错误的SRAM功能模块为存储单元. 通过对存储单元建立简化的等效电路图, 分析了造成存储单元数据保存错误以及保存时间离散性的原因, 并讨论了该失效模式对SRAM总剂量辐射功能测试方法的影响. 关键词： 静态随机存储器 功能失效 测试图形 数据保存错误     

氮掺杂Ge2Sb2Te5相变存储器的多态存储功能

通过反应溅射的方法，制备了N掺杂的Ge₂Sb₂Te₅(N-GST)薄膜，用作相变存储器的存储介质.研究表明，掺杂的N以GeN的形式存在，不仅束缚了Ge₂Sb₂Te₅ (GST)晶粒的长大也提高了GST的晶化温度和相变温度.利用N-GST薄膜的非晶态、晶态面心立方相和晶态六方相的电阻率差异，能够在同一存储单元中存储三个状态，实现相变存储器的多态存储功能. 关键词： 相变存储器 多态存储 N掺杂 2Sb₂Te₅')" href="#">Ge₂Sb₂Te₅     

闪速存储器中应力诱生漏电流的产生机理

通过实验研究了闪速存储器存储单元中应力诱生漏电流(SILC)的产生机理. 研究结果表明，在低电场应力下，其可靠性问题主要是由载流子在氧化层里充放电引起，而在高电场下，陷阱和正电荷辅助的隧穿效应导致浮栅电荷变化是引起闪速存储器失效的主要原因. 分别计算了高场应力和低场应力两种情况下SILC中的稳态电流和瞬态电流的大小. 关键词： 闪速存储器 应力诱生漏电流 电容耦合效应 可靠性     

微槽群相变散热器传热性能的实验研究

本文对应用于大功率芯片散热的微槽群相变散热器的散热性能进行了实验研究,实验中采用了一种能强化系统换热性能的混合液体工质2-Methylpentane与甲醇.实验结果表明,一定的真空度和充液率下,充入一定摩尔配比的该种混合工质,在同一散热热流密度下,与前人的工作相比,能够使芯片表面温度降低7～9℃.其散热性能能够满足当今大功率高性能电子芯片的散热需求.     

GaN基白光LED可靠性研究与失效分析

针对LED样品检测中的样品短路失效、LED光源黑化、光通量下降和芯片表面通孔异常现象,采用金相切片、机械微操、静电测试等方式结合扫描电镜和能谱仪（EDS）等表征手段对失效机制进行了分析,揭示了LED失效原因。包括镀层银离子与杂质硫离子导致光源黑化;芯片抗静电电压低,部分样品发生静电击穿;失效芯片通孔下面的Ni-Sn共晶层存在大量空洞,使得复杂结构的芯片通孔应力不均,样品工作时芯片表面开裂破碎,从而导致PN结短路失效;封装胶中残存的杂质离子腐蚀芯片负电极导致电极脱落而出现漏电、光衰和死灯等现象。     

PZT 95/5陶瓷电致失效机理研究

对PZT 95/5陶瓷在直流电场、脉冲方波电场以及半正弦波电场作用下的失效机理进行了理论和实验分析.结果表明:在直流作用下,其失效机理以热-电耦合失效为主;而在脉冲电场作用下,考虑振动冲击效应以及相关的力谱分布,脉宽越短,能量向高频偏移,越可能发生力-电耦合失效;当脉宽增加,PZT 95/5陶瓷失效机理将从力-电耦合失效逐步转变成直流失效模式. 关键词： PZT 95/5 失效机理 直流电场 脉冲电场     

掺杂石墨烯纳米片对硝酸钠相变特性的影响及机理

纳米增强剂通常被用来提升相变材料的导热性能,但这种方式通常伴随着复合后材料相变焓的降低.虽然这种降低难以避免,但其微观机理乃至影响规律却始终未能明晰.为深入探究纳米复合相变材料相变焓降低的机理,本文以熔融硝酸钠(太阳盐的重要组成成分)为相变材料,制备了石墨烯纳米片质量分数为0%,0.5%, 1%, 1.5%, 2%的复合相变材料.通过实验测量与分子动力学模拟的方法深入分析了石墨烯纳米片的掺杂导致熔融硝酸钠产生团簇以及复合材料熔点和相变焓非依数性降低的影响机理.结果表明,石墨烯纳米片质量分数为1.5%时,硝酸钠致密层和石墨烯纳米片间的质心等效距离最接近他们相互作用势的势阱位置,此时二者之间相互吸引作用最强,熔盐分子的运动受限最为严重,难以发生熔化,从而导致相变焓降低最为显著.为了最大限度地避免纳米复合相变材料相变焓的损失,应根据相变材料与纳米增强剂的类型及其相互作用类型,合理选择纳米增强剂的质量分数.在实际应用中,恰当的质量分数还将在一定程度上降低复合相变材料的制备成本.     

高功率半导体激光列阵芯片测试表征与仿真优化EI北大核心CSCD

针对高功率半导体激光芯片工作温度升高易引起芯片性能退化和失效问题,首先理论分析了工作温度对内量子效率的影响机理。其次,为量化温度影响芯片稳定性的主要因素,自主搭建高功率半导体激光列阵芯片测试系统,研究15~60℃半导体激光列阵芯片的温度特性,分析了5种能量损耗分布及其随温度的变化趋势。实验结果表明,当温度由15℃升高至60℃,载流子泄漏损耗占比由2.30%急剧上升至11.36%,是造成半导体激光芯片在高温下电光转换效率降低的主要因素。最后进行了外延结构的仿真优化,仿真结果表明,提高波导层Al组分至20%,能有效限制载流子泄漏,平衡Al组分增加带来的串联电阻增大问题,可以获得高效率输出。该研究对高温下半导体激光芯片的设计具有重要的指导意义。