學位論文

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    具無可複製功能的二位元單次編程記憶體的設計
    (2018) 王宏瑋; Wang, Hung-Wei
    在單次寫入唯讀記憶體元件的發展上，大部分的熔斷崩潰(fuse breakdown)元件結構都是採用狹窄的金屬線或聚矽化物金屬絲進行操作，反熔斷崩潰(anti-fuse breakdown)元件則是在施加一個大的外部電場之後於介電層內形成永久的導通路徑。在高介電金屬閘極鰭式電晶體元件上，我們研究群在2015年發表過世界上首次觀察到有別於在平面型電晶體上的介電層熔斷崩潰(dielectric fuse breakdown)現象，本文以實驗來了解fuse 及anti-fuse崩潰機制類型的特性差異來組成二位元單次寫入記憶體(2-bit per cell One Time Programming memory)，進而發展成物理上無法複製的Physical Unclonable Function, PUF)記憶體的實現。 首先介紹我們的記憶單元，我們利用反熔斷崩潰( anti-fuse breakdown )及介電層熔斷崩潰兩種現象存在於一個元件內，並利用其崩潰後產生的高低阻態來達成資料儲存的目的，且利用TCAD模擬軟體模擬對元件進行編程時產生的電場分布，探討兩種崩潰現象產生的原因，另外還進行了改變操作電壓對編程時間造成的改變，以及溫度對於兩種崩潰機制造成的影響。 最後，根據這個新的物理機制，我們設計出基於二位元單次寫入記憶體的PUF電路，透過在單一元件儲存二位元的設計可以大大縮小晶片面積達到高密度，並且與其他文獻發表的成果相比下有較大的開/關電流比。量測結果也顯示這樣的結構仍然可以有良好的資料保存特性、干擾免疫特性以及高安全性。最後，我們成功的在14奈米鰭式電晶體製程平台實現一個二位元單次編程的PUF電路，以滿足物聯網之需求。