闪速存储器的研究与进展

2闪速存储器的工作原理

2.1　单元的工作原理
　　
主要有两种技术来改变存储在闪速存储器单元的数据：沟道热电子注入(CHE)和Fowler-Nordheim隧道效应(FN隧道效应)。所有的闪速存储器都采用FN隧道效应来进行擦除。至于编程，有的采用CHE方法，有的采用FN隧道效应方法。表3给出了几家主要闪速存储器厂家的存储单元性能。

表3　典型的闪速存储器单元性能
----------------------------------------------------------------------------
厂　家 技　术 擦除 编程 读延迟 耐久性 擦除时间 电源电压/V 编程和擦除电压/V 工作温度/℃
AMD     NOR    FN   CHE  90ns  10万次    1s        5             5      -40～85
Atmel EEPROM   FN   CHE 3.3us  10万次   10ms    2.7，5        2.7，5    -40～85
日立    AND    FN   FN  5us     1万次   125us     3.3           3.3       0～70
Intel   NOR    FN   CHE 85ns   10万次    1s     2.7，5       3.3，5，12 -40～85
Macronix NOR   FN   CHE 100ns   1万次   50ms      5              5        0～70
Nexcom EEPROM  FN   FN  850ns  10万次  2.5ms    2.7，5        2.7，5    -40～85
三星   NAND    FN   FN  10us  100万次   5ms      3.3            3.3     -40～85
夏普    NOR    FN   CHE 80ns   10万次  600ms    2.7，5           5      -40～85
东芝   NAND    FN   FN  225us   1万次   7ms       5              5        0～70
Xicor EEPROM   FN   FN  1us    10万次  10ms  1.8，2.7，5   1.8，2.7，5  -40～85
----------------------------------------------------------------------------
　　
由于在CHE注入过程中，浮栅下面的氧化层面积较小，所以对浮栅下面的氧化层损害较小，因此其可靠性较高，但缺点是编程效率低，FN法用低电流进行编程，因而能进行高效而低功耗的工作，所以在芯片上电荷泵的面积就可以做得很小。
　　
为了减少闪速存储器的单元面积，可以采用负栅压偏置。由于在字线(接存储单元的栅)上接了负压，接到源上的电压就可以减小，从而减少了双重扩散的必要性。所以源结可以减小到0.2um。负栅偏置的闪速存储器还有一个优点，就是通过字线施加负压可以实现字组(sector)擦除(通常一个字组为2k个以上的字节)。表4给出了负栅偏置的闪速存储单元在各种情况下各端的电压值。

表4　负栅偏置的闪速存储单元各端电压
   -------------------------------------------------------------------------
              　 编　程        擦　除         读
     Vg/V          12           -7.5           5
     Vd/V           6           悬浮           1
     Vs/V          地            6.5          地
   -------------------------------------------------------------------------

2.2　电路工作原理
　　
下面以一种1Mb闪速存储器为例，来说明闪速存储器的擦除和编程。当擦除时，阵列中所有单元的源结都接到12V电压，所有字节都接地，内部擦除确认电路和适当的擦除算法相结合，使擦除阈值小于Vtemax。如果一些字节需要擦除多于1次才能达到希望的擦除阈值Vtemax，那么擦除和验证程序将进行迭代。当选择栅和漏结接高电位，而源端接地时，热电子由漏结注入到浮栅，内部编程确认电路保证单元的编程阈值大于或等于Vtpmin。由于编程发生在漏结，而擦除发生在源结，所以应分别对它们进行优化。