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1、全面理解非易失存儲器(Flash,EPROM,EEPROM) 非易失存儲器概論前言本文論述了基本非易失存儲器（NVM）的基本概念。第一部分介紹了NVM的基本情況，包括NVM的背景以及常用的存儲器術語。第二部分我將介紹怎樣通過熱電子注入實現(xiàn)NVM的編程。第三部分包括了用FOWLER-NORDHEIM隧道效應實現(xiàn)對NVM的擦除。同時，簡單的FN隧道效應的原理也將在這里給大家做一個說明。第四部分介紹了用于預測NVM編程特性的模型—熱電子注入機制所依賴的“幸運電子”模型。最后一部分介紹了NVM可靠性方面的問題，如數(shù)據(jù)保持能力（DATARETENTION）,耐久力（ENDURANCE）,和干擾（D
2、ISTURB）。關鍵字：非易失，存儲器，熱電子注入，隧道效應，可靠性，數(shù)據(jù)保持，耐久力，干擾，閃存第一部分：介紹存儲器大致可分為兩大類：易失和非易失。易失存儲器在系統(tǒng)關閉時立即失去存儲在內的信息；它需要持續(xù)的電源供應以維持數(shù)據(jù)。大部分的隨機存儲器（RAM）都屬于此類。非易失存儲器在系統(tǒng)關閉或無電源供應時仍能保持數(shù)據(jù)信息。一個非易失存儲器（NVM）器件通常也是一個MOS管，擁有一個源極，一個漏極，一個門極另外還有一個浮柵（FLOATINGGATE）。它的構造和一般的MOS管略有不同：多了一個浮柵。浮柵被絕緣體隔絕于其他部分。非易失存儲器又可分為兩類：浮柵型和電荷阱型。Kahng和Sze在
3、1967年發(fā)明了第一個浮柵型器件，在這個器件中，電子通過3nm厚度的氧化硅層隧道效應從浮柵中被轉移到substrate中。隧道效應同時被用于對期間的編程和擦除，通常它適用于氧化層厚度小于12nm。儲存在浮柵中的電荷數(shù)量可以影響器件的閾值電壓（Vth）,由此區(qū)分期間狀態(tài)的邏輯值1或0。在浮柵型存儲器中，電荷被儲存在浮柵中，它們在無電源供應的情況下仍然可以保持。所有的浮柵型存儲器都有著類似的原始單元架構。他們都有層疊的門極結構如圖一所示。第一個門極被埋在門極氧化層和極間氧化層之間，極間氧化層的作用是隔絕浮柵區(qū)，它的組成可以是氧-氮-氧，或者二氧化硅。包圍在器件周圍的二氧化硅層可以保護器件免受
4、外力影響。第二個門極被稱為控制門極，它和外部的電極相連接。浮柵型器件通常用于EPROM(ElectricallyProgrammableReadOnlyMemory)和EEPROM(ElectricallyErasableandProgrammableReadOnlyMemory)。?電荷阱型器件是在1967年被發(fā)明的，也是第一個被發(fā)明的電編程半導體器件。在這類型的存儲器中，電荷被儲存在分離的氮阱中，由此在無電源供應時保持信息。電荷阱器件的典型應用是在MNOS(MetalNitrideOxideSilicon)，SNOS(SiliconNitrideOxideSemiconductor)
5、和SONOS(SiliconOxideNitrideOxideSemiconductor)中。圖二展示了一個典型的MNOS電荷阱型存儲器的結構。MNOS中的電荷通過量子機制穿過一層極薄的氧化層（一般為1.5-3nm）從溝道中被注入氮層中。世界上第一個EPROM,是一個浮柵型器件，是通過使用高度參雜的多晶硅（poly-Si）作為浮柵材料而制成的，它被稱為浮柵雪崩注入型MOS存儲器（FAMOS）。它的門極氧化層厚度為100nm,由此保護電荷流向substrate。對存儲器的編程是通過對漏極偏壓到雪崩極限使得電子在雪崩中從漏極區(qū)域被注入到浮柵中。這種存儲器的擦除只能通過紫外線照射或X光照射。如
6、今，這種EPROM的封裝形式通常是陶瓷帶有一個可透光的小窗口，或者是一個塑料封裝的沒有石英窗的。這些存儲器被稱為一次性編程存儲器（OTP）,這種存儲器很便宜，但是在封裝后要測試他們是不可能的。帶有石英窗口的EPROM價格比較貴，但是由于可被擦除，所以可以在封裝后作另外的測試。雖然在70年代有了紫外可擦除型的商業(yè)用非易失存儲器，研制電可擦寫型非易失存儲器的吸引力正在逐漸擴大。H.IIZUKAet.al發(fā)明了第一個電可擦寫型非易失存儲器，被稱為疊門雪崩注入型MOS(SAMOS)存儲器。SAMOS存儲器由兩個多晶硅門和一個外部控制門組成。外部控制門的出現(xiàn)使得電可擦寫成為了現(xiàn)實，并且提高了擦除的
7、效率。電可擦寫型非易失存儲器的電擦除是通過將浮柵中的電荷量恢復到未注入時的水平實現(xiàn)的。比起紫外照射擦除產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的封裝成本低廉很多。缺點是單位存儲單元的尺寸要比以前大很多，使得晶元面積也大了很多。EEPROM單元由兩個晶體管組成，一個是浮柵晶體管，另一個是選擇晶體管，如圖三所示。選擇晶體管是用于在編程和擦除時選擇相應的浮柵晶體管。后來，由于加入了錯位修正電路以及修補電路，晶元尺寸被再次增大。在80年代，一個經(jīng)典的非易失存儲器產(chǎn)品
