非易失性存储器
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电荷陷阱存储器工作原理
• 电荷陷阱型存储器基本结构和浮栅类似, 不同之处在于电荷陷阱型存储器的电荷存 储在具有高缺陷能级密度的材料中,包括 Si3N4以及一些禁带宽度非常较小的高介电 常数材料中,如HfO2,HfAlO。
存储器编程/擦除(P/E)
• 编程时,栅极加正电压,电荷通过某种方式注入到 存储层中,这时,存储层起到一个势阱的作用,进 入其中的电荷在没有外力的作用下是无法“逃走"的, 因此可以存储电荷。由于存储层中电荷产生的电场 屏蔽作用,使得器件的阈值电压增大。 • 擦除时,栅极加负电压,电荷以某种机制从存储 层回到衬底时,器件阈值电压又会降回原来的大小。 • 这里用二进制数“1"和“0”分别代表低阈值电压 状态和高阈值电压状态,“O”表示存储器已经被 编程,“1"表示存储器己经被擦除。
小结
• 由于上述的这些独特的优良特性,在不久 的将来,传统的浮栅结构存储器很有可能 被纳米晶结构存储器所取代。
非易失性存储器的发展
浮栅存储器工作原理
• 在常规MOSFET的栅堆栈结构中加入与顶层控 制栅隔离的多晶硅形成浮栅,浮栅被SiO2绝缘 层包围。通过对器件栅极(G)、源极(S),漏极(D) 加适当的电压将沟道中的电荷注入到浮栅或从 浮栅中泄漏,从而引起器件阈值电压的变化, Ia一Vg曲线也发生相应的平移,不同的曲线用 来表示逻辑上的“0”和“1”两个状态,进行数据 存储。所存储的数据在失去外部供电后,由于 浮栅被栅堆栈中的绝缘层隔离而得以保存,即 所谓的非挥发性。
存储器
存储器的主要功能是存储 程序和各种数据,并能在 计算机运行过程中高速、 自动地完成程序或数据的 存取。它采用具有两种稳 定状态的物理器件来存储 信息
存储器分类
各类存储器性能比较
非易失性存储器
• 特点:在掉电以后,存储在存储器中的数 据不会丢失。 • 自1967年贝尔实验室(Bell Lab)的D. Kahng和 S. M. Sze提出基于浮栅结构(FG, Floating Gate)的非挥发性半导体存储器 • 随后,Flash存储器主要朝着电荷俘获型存 储器阻挡层的研究两个方向发展
传统浮栅器件Leabharlann Baidu临的问题
非易失性存储器未来的发展方向
• (1)简单、低成本的器件结构。 • (2)由于库仑阻塞效应和量子限制效应的作用,器件有良好的保持力 (retention),使得器件可以实现薄氧化物、低电压操作。 • (3)由于采用了分布式存储,可以在不牺牲器件可靠性的前提下采用更 薄的隧穿氧化层,提高擦写速度; • (4)由于器件工作时仅对纳米晶中的少量电荷进行操作,可实现低功耗 存储的目的。 • (5)由于电荷在纳米晶体层中分布式存储,隧穿氧化层中的局部缺陷对 离散分布于纳米晶中的全体电荷影响较小,即器件对SILC和隧穿氧化 层的缺陷具有更好的免疫性,器件具有更优异的耐受能力。 • (6)由于没有漏极与浮栅间的耦合作用,从而减少了漏极引起的穿通效 应,使得可以在器件读出时使用大漏极电压和小的沟道长度,进而减 小了器件的面积,降低了成本。 • (7)纳米晶存储器还具有优良的抗辐射性能,具有航天技术应用的潜力。