非易失性存儲器

非易失性存儲器第一頁，共十二頁，2022年，8月28日存儲器

存儲器的主要功能是存儲程序和各種數(shù)據(jù)，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲信息第二頁，共十二頁，2022年，8月28日存儲器分類第三頁，共十二頁，2022年，8月28日各類存儲器性能比較

第四頁，共十二頁，2022年，8月28日非易失性存儲器特點：在掉電以后，存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)不會丟失。自1967年貝爾實驗室(BellLab)的D.Kahng和S.M.Sze提出基于浮柵結(jié)構(gòu)(FG,FloatingGate)的非揮發(fā)性半導體存儲器隨后，F(xiàn)lash存儲器主要朝著電荷俘獲型存儲器阻擋層的研究兩個方向發(fā)展第五頁，共十二頁，2022年，8月28日非易失性存儲器的發(fā)展第六頁，共十二頁，2022年，8月28日浮柵存儲器工作原理

在常規(guī)MOSFET的柵堆棧結(jié)構(gòu)中加入與頂層控制柵隔離的多晶硅形成浮柵，浮柵被SiO2絕緣層包圍。通過對器件柵極(G)、源極(S),漏極(D)加適當?shù)碾妷簩系乐械碾姾勺⑷氲礁呕驈母胖行孤瑥亩鹌骷撝惦妷旱淖兓?，Ia一Vg曲線也發(fā)生相應的平移，不同的曲線用來表示邏輯上的“0”和“1”兩個狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)存儲。所存儲的數(shù)據(jù)在失去外部供電后，由于浮柵被柵堆棧中的絕緣層隔離而得以保存，即所謂的非揮發(fā)性。第七頁，共十二頁，2022年，8月28日電荷陷阱存儲器工作原理電荷陷阱型存儲器基本結(jié)構(gòu)和浮柵類似，不同之處在于電荷陷阱型存儲器的電荷存儲在具有高缺陷能級密度的材料中，包括Si3N4以及一些禁帶寬度非常較小的高介電常數(shù)材料中，如HfO2,HfAlO。第八頁，共十二頁，2022年，8月28日存儲器編程/擦除（P/E）編程時，柵極加正電壓，電荷通過某種方式注入到存儲層中，這時，存儲層起到一個勢阱的作用，進入其中的電荷在沒有外力的作用下是無法“逃走"的，因此可以存儲電荷。由于存儲層中電荷產(chǎn)生的電場屏蔽作用，使得器件的閾值電壓增大。

擦除時，柵極加負電壓，電荷以某種機制從存儲層回到襯底時，器件閾值電壓又會降回原來的大小。

這里用二進制數(shù)“1"和“0”分別代表低閾值電壓狀態(tài)和高閾值電壓狀態(tài)，“O”表示存儲器已經(jīng)被編程，“1"表示存儲器己經(jīng)被擦除。第九頁，共十二頁，2022年，8月28日傳統(tǒng)浮柵器件面臨的問題第十頁，共十二頁，2022年，8月28日非易失性存儲器未來的發(fā)展方向(1)簡單、低成本的器件結(jié)構(gòu)。(2)由于庫侖阻塞效應和量子限制效應的作用，器件有良好的保持力(retention)，使得器件可以實現(xiàn)薄氧化物、低電壓操作。(3)由于采用了分布式存儲，可以在不犧牲器件可靠性的前提下采用更薄的隧穿氧化層，提高擦寫速度；(4)由于器件工作時僅對納米晶中的少量電荷進行操作，可實現(xiàn)低功耗存儲的目的。(5)由于電荷在納米晶體層中分布式存儲，隧穿氧化層中的局部缺陷對離散分布于納米晶中的全體電荷影響較小，即器件對SILC和隧穿氧化層的缺陷具有更好的免疫性，器件具有更優(yōu)異的耐受能力。(6)由于沒有漏極與浮柵間的耦合作用，從而減少了漏極引起的穿通效應，使得可以在器件讀出時使用大漏極電壓和小的溝道長度，進而減小了器件的面積，降低了成本。(7)納米晶存儲器還具有優(yōu)良的抗輻射性能，具有航天技術應用的潛力。第十一頁，共十二頁，2022年，8月