Speicherqualifizierung

Analyse der Datensicherheit in elektronischen Flash-Speichern (z. B. NAND und NOR)

Ablauf der Speicherqualifizierung:

• Alterung einzelner Speicherbereiche bzw. Blöcke mit unterschiedlich vielen Lösch- und Schreibzyklen
• Programmierung von Testdaten in die gealterten Speicherbereiche
• Hochtemperaturlagerung der Bauteile für einen beschleunigten Abfluss von Elektronen in den Speicherzellen, z. B. für 100h bei 125°C
• Auslesen des Speichers mit Analyse der auftretenden Bitkipper (Tolerant Verify)
• Graphische Auswertung und Berichterstellung

Die weltweit eingesetzte Elektronik befindet sich in einem starken Wandel, von dem insbesondere auch Speicherbausteine betroffen sind. Aktuelle Entwicklungen bei digitalen Speicherbausteinen zielen darauf ab, Geschwindigkeit und Datenübertragung zu steigern, den Energieverbrauch zu senken und gleichzeitig die gespeicherte Datenmenge pro Flächeneinheit immer weiter zu erhöhen.

Mit diesem Trend geht jedoch auch einher, dass immer weniger Elektronen in einer Speicherzelle eine Information bzw. ein Bit (0 oder 1) repräsentieren. Durch das Programmieren und Löschen einer Speicherzelle erfolgt zusätzlich eine stückweise Schädigung deren Oxidschicht (bzw. Isolationsschicht).

Mit einer zunehmenden Anzahl von Schreib- und Löschzyklen fließen immer mehr Elektronen aus dem Speicherbereich einer Speicherzelle, dem sogenannten „Floating Gate“, über die Zeit ab. Erreicht die Anzahl von Elektronen in einer Speicherzelle eine gewisse Schwelle, kommt es zum „Bitkippen“ und zu einer fehlerhaften digitalen Information. Ab einer bestimmten Anzahl von Bitkippern in einem Zellenbereich kann der Speicher diese nicht mehr über sein internes ECC-Fehlerkorrekturverfahren (Error Checking and Correction) ausgleichen.

Die Hochtemperaturlagerung zur Simulation einer beschleunigten Alterung kann bei der maximal zulässigen Lagertemperatur der Speicher (z. B. 150°C) oder nach Vorgaben aus speziellen Standards im Bereich der Stresstests (z. B. JEDEC STANDARD JESD47) erfolgen.

Für die spätere Applikation ist es daher von essentieller Bedeutung, die Qualität bzw. Lebensdauer der eingesetzten Speichertechnologie zu kennen, um einen sicheren Betrieb über die gesamte Produktlebensdauer sicherstellen zu können. Die Lebensdauer (engl. endurance) einer Speicherzelle ist definiert als ihre maximale Anzahl von Schreib- und Löschzyklen (engl. write/erase cycling Endurance), bei der sie die gespeicherten Daten noch für eine definierte Mindestzeit, die sogenannte„Data Retention“, ohne Spannungsversorgung halten kann.

Durch eine Speicherqualifikation bei HTV kann die Qualität unterschiedlicher Speichertechnologien ermittelt und für die jeweilige Anwendung die passendste Technologie ausgewählt werden, um für den gesamten Betrieb der jeweiligen elektronischen Baugruppe eine ausreichend große Datensicherheit sicherzustellen.