ADVANCED MEMORIES TO OVERCOME THE FLASH MEMORY WEAKNESSES: A RADIATION VIEWPOINT RELIABILITY STUDY

Currently the large majority of commercial Flash memories are based on the floating gate MOSFET. Over the last years, the continuous scaling of nonvolatile memories has pushed the Flash technology toward its limits, which affect both the functionality and the reliability of the memory cell. Several alternatives are currently being explored as possible replacements for floating gate memories (FGM). On one hand there are the ferroelectric memories, the phase change memories, and the magnetoresistive memories, which follow a completely new approach, integrating new materials, such as ferroelectrics, chalcogenides, and ferromagnetics. On the other hand, several efforts are being investigated to improve the scalability and the reliability of the FGM technology, by adopting the discrete storage approach. The discrete storage concept consists in replacing the monolithic floating gate of the conventional Flash with a layer of many discrete storage nodes. NROM™, SONOS, and nanocrystal memories are some examples of this novel concept. This thesis analyzes the reliability of three types of advanced nonvolatile memories (nanocrystal, phase-change, and ferroelectric memories) from a radiation tolerance viewpoint. The main results highlight that these new memory concepts bring significant improvement over the conventional floating-gate based memories.

La maggior parte delle memorie non volatili attuali si basa sul transistor a gate flottante. Nel corso degli anni, la dimensione della cella elementare è stata sempre più ridotta per far fronte alle crescenti richieste in termini di densità di memoria. Tuttavia, il transistor a floating gate sta raggiungendo i suoi limiti fisici intrinseci e le dimensioni della cella non possono più essere facilmente ridotte a meno di non compromettere la funzionalità o l’affidabilità del dispositivo stesso. Per far fronte a questi problemi, diverse alternative sono in fase di studio. Tra di esse, si possono annoverare le memorie ferroelettriche, le memorie a cambiamento di fase, e le memorie a nanocristalli. Questi tre tipi di memorie sono oggetto di studio di questa tesi. In particolare, viene analizzata la robustezza alle radiazioni ionizzanti di questi nuovi concetti di memoria. I risultati evidenziano che le memorie non volatili avanzate portano significativi miglioramenti in termini di tolleranza alle radiazioni ionizzanti.