СПОСОБ СТИРАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПАМЯТИ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ Российский патент 1999 года по МПК G11C16/00 

Изобретение относится к цифровой электронной технике, а именно к программируемым цифровым микросхемам.

Цель изобретения: стирание записанной информации для повторного использования программируемых цифровых микросхем, не имеющих окошек, прозрачных для ультрафиолета.

В настоящее время для проектирования электронных устройств широко используются программируемые цифровые микросхемы (ПЦМ), в частности микроконтроллеры. ПЦМ позволяют создавать новые устройства путем программирования их внутренней памяти. Комплект продаваемого программного и аппаратного обеспечения позволяет производить компьютерное моделирование функций как самой ПЦМ, так и создаваемого электронного устройства перед записью программы во внутреннюю память ПЦМ. Это позволило фирмам-изготовителям, в последнее время, отказаться от применения дорогостоящих окошек, прозрачных для ультрафиолета, над кристаллами ПЦМ. Эти окна давали возможность многократного использования ПЦМ путем стирания внутренней памяти ультрафиолетом. Однако компьютерное моделирование не может быть полным и не исключает возможности ошибки и, кроме того, при разработке новых устройств часто возникает потребность внести какие-либо изменения. Но в настоящее время невозможно перепрограммирование достаточно дорогостоящих ПЦМ.

Поэтому мы предлагаем использовать для стирания внутренней памяти ПЦМ тормозное излучение импульсного наносекундного сильноточного электронного пучка. Известно использование радиации, в том числе и тормозного излучения, для контроля качества и модификации свойств полупроводниковых микросхем [1]. Хорошо изучено действие ионизирующего излучения на материалы и конструкцию микросхем [2], известно использование рентгеновского излучения для стирания внутренней памяти ПЦМ [5]. Эксперименты проводились на микроконтроллерах серии Z86 фирмы Zilog и 87C196KR фирмы Intel.

В качестве источника излучения использовался импульсно-периодический наносекундный сильноточный электронный ускоритель УРТ-0,5 [3] (энергия электронов 0,5 МэВ). В режиме генератора тормозного излучения ускоритель создает на расстоянии 0,5 см от мишени, где размещались ПЦМ, среднюю мощность поглощенной дозы 7,64 Гр/мин (при частоте работы 50 Гц), при максимальной (в импульсе) мощности поглощенной дозы 6,36 кГр/с.

Контроль и запись микроконтроллеров производились:
серии Z86 фирмы Zilog - на фирменном программаторе-оммуляторе;
87C196KR фирмы Intel на программаторе "Стерх-710" НПО "БОНД" г. Бердск.

Предварительно оттестированные ПЦМ, с записанной тестовой (все единицы) или рабочей программой, облучались до полного стирания. При этом проводился периодический контроль ПЦМ во время облучения. После облучения ПЦМ исследовались как на возможность записи тестовых программ, так и рабочих, причем с последующей работой в реальном устройстве, при этом:
надежное стирание всех ПЦМ (использовалось по 10 штук каждого типа) происходило при облучении 50 минут (поглощенная доза около 380 Гр);
при половинной дозе большая часть информации стиралась, за исключением нескольких битов;
стирание возможно только в том случае, когда ПЦМ завернута в алюминиевую фольгу так, что происходит надежное замыкание всех контактов микросхемы между собой;
к повторному использованию были годны все ПЦМ после первого стирания, 80% после второго стирания, 50% микросхем выдержали четыре цикла.

Исследованные ПЦМ выполнены по технологии КМОП (комплиментарная метал-окисел-полупроводник). Элемент памяти ПЦМ, выполненной по КМОП технологии, записывается подачей определенного отрицательного критического напряжения, причем на границе раздела слоев нитрида и двуокиси кремния возникает заряд и устанавливается высокий логический уровень "1", а при подаче положительного критического напряжения - низкий логический уровень "0" [4]. Таким образом, для стирания ПЦМ необходимо уменьшить величину заряда до логического "0". Механизм рассасывания заряда при облучении может быть как поверхностным, так и объемным. При интенсивности рентгеновского излучения более 102 Гр/с, как в нашем случае, плотности инжекционного и объемного токов становятся соизмеримыми ≈ 10 - 7 А/см² [2].

Подтверждением определяющей роли токов утечек является необходимость электрического соединения выводов ПЦМ, так как схема запоминающего элемента на КМОП транзисторах [4] предполагает отсутствие соединений между шинами записи, чтения, адреса, питания и земли. А это усложняет путь рассасывания тока без соединения шин между собой. Таким образом, возможно использование импульсного тормозного излучения для стирания внутренней памяти ПЦМ при замыкании выводов ПЦМ. Ускоритель УРТ-0,5 позволяет одновременно облучать (с примерно равной дозой) до 30 ПЦМ Z86 или 15 ПЦМ 87C196ЛК. Энергозатраты на радиационное стирание не превышают 3 кВт•ч. При стоимости эксплуатации 1 часа ускорителя около $ 15, расчетная стоимость радиационного стирания составит около $ 0,5-1 для ПЦМ Z86 или 87C196ЛК соответственно. Эта величина в 10-30 раз ниже стоимости ПЦМ и может быть еще существенно уменьшена при рациональном использовании излучения, например при установке ПЦМ в несколько слоев.

Литература
1. Радиационные методы в твердотельной электронике. В.С. Вавилов, Б.М. Горин, Н.С. Данилин и др. -М.: Радио и связь, 1990, 184 с.

2. Першенков В.С., Попов В.Д., Шальнов А.В. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем. -М.: Энергоатомиздат, 1988, 256 с.

3. Yu. A. Kotov, S. Yu. Sokovnin // Repetitive pulsed electron accelerator URT-0,5/ Abstracts of 12th Inttern. Conf. On High Power Part. Beams, June 7-12, 1998, Haifa, 1srael, p. 5.

4. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие /С. В. Якубовский и др./ М.: Радио и связь, 1984, 432 с.

5. Конопленко В.К., Лосев В.В. // Надежное хранение информации в полупроводниковых запоминающих устройствах, М. : Радио и связь, 1986, с. 123, строки 5 - сверху.

Изобретение относится к цифровой электронной технике, а именно к программируемым цифровым микросхемам. Технический результат изобретения заключается в обеспечении стирания записанной информации для повторного использования программируемых цифровых микросхем, не имеющих окошек, прозрачных для ультрафиолета. Суть способа стирания внутренней памяти программируемых цифровых микросхем, не имеющих окошек, прозрачных для ультрафиолета над кристаллами микросхем, состоит в том, что обеспечивают замыкания контактов стираемой микросхемы и подвергают воздействию рентгеновского тормозного излучения от сильноточного наносекундного импульсно-периодического ускорителя электронов. Для замыкания всех контактов стираемой микросхемы используют металлическую фольгу, а стираемые микросхемы укладывают в несколько слоев. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ стирания внутренней памяти программируемых цифровых микросхем, не имеющих окошек, прозрачных для ультрафиолета над кристаллами микросхем, рентгеновским излучением, отличающийся тем, что обеспечивают замыкания контактов микросхемы и подвергают воздействию рентгеновского тормозного излучения от сильноточного наносекундного импульсно-периодического ускорителя электронов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для замыкания всех контактов стираемой микросхемы используют металлическую фольгу. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что стираемые микросхемы укладывают в несколько слоев.