Monitoring des effets de la température sur les mémoires CMOS

Monitoring of temperature effects on CMOS memories

• Auteur / Autrice : Emna Farjallah
• Direction : Luigi Dilillo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-électroniques
• Date : Soutenance le 27/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Rouzeyre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luigi Dilillo, Bruno Rouzeyre, Alberto Bosio, Eduardo Augusto Bezerra, Marco Ottavi, Hassen Aziza, Frédéric Wrobel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alberto Bosio, Eduardo Augusto Bezerra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Température

Mémoires flash

MOS complémentaires

Mots clés libres

Fiabilité

Monitoring

Température

Mémoires Flash

Mémoires SRAM

Rétention

Reliability

Monitoring

Temperature

Flash Memories

Sram

Retention

Résumé

La complexité des systèmes électroniques ne cesse d’augmenter, tout comme la tendance actuelle de miniaturisation des transistors. La fiabilité est ainsi devenue un continuel défi. Les environnements hostiles caractérisés par des conditions extrêmes de hautes températures affectent le bon fonctionnement des systèmes. Pour les composants de stockage de données, la température est considérée comme une menace pour la fiabilité. Le développement de techniques de suivi et de contrôle devient ainsi essentiel afin de garantir la fiabilité des mémoires volatiles et non volatiles. Dans le cadre de ma thèse, je me suis intéressée à deux types de mémoires : les mémoires NAND Flash et les mémoires SRAM. Pour contrôler les effets de la température sur les mémoires Flash, une solution basée sur l’utilisation d’un timer a été proposée afin de réduire la fréquence de rafraîchissement de ces mémoires tout en continuant à garantir l’intégrité de l’information stockée. Pour les mémoires SRAM, l’effet de la température sur la vulnérabilité par rapport aux événements singuliers (SEU) a été étudiée. Une étude comparative sur l’apparition des SEU a été menée avec différentes températures pour des cellules standards 6T-SRAM et des cellules de stockage durcies (DICE). Enfin, une méthode statistique et une approximation calculatoire basées sur des opérations de vérification périodique ont été proposées afin d’améliorer le taux d’erreurs (RBER) tolérable dans des SSDs de type Entreprise à base de mémoires Flash.

With the constant increase of microelectronic systems complexity and the continual scaling of transistors, reliability remains one of the main challenges. Harsh environments, with extreme conditions of high temperature and thermal cycling, alter the proper functioning of systems. For data storage devices, high temperature is considered as a main reliability threat. Therefore, it becomes essential to develop monitoring techniques to guarantee the reliability of volatile and non-volatile memories over an entire range of operating temperatures. In the frame of this thesis, I focus my studies on two types of memories: NAND Flash memories and SRAM. To monitor the effects of temperature in NAND Flash Memories, a timer-based solution is proposed in order to reduce the refresh frequency and continue to guarantee the integrity of data. For SRAM memories, the effect of temperature on Single Event Upset (SEU) sensitivity is studied. A comparative study on SEU occurrence under different temperatures is conducted for standard 6T-SRAM cells and hardened Dual Interlocked Storage Cells (DICE). Finally, statistical and computational approximation techniques based on periodic check operations are proposed in order to improve the tolerated Raw Bit Error Rate (RBER) in enterprise-class Flash based SSDs.