新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器及系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究

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1、４擊種成丈畫(huà)ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｆＥＬ巨ＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ專(zhuān)業(yè)學(xué)位碩±學(xué)位論文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥ觀、、氣／論文題目新型非揮發(fā)佑儲(chǔ)器及系統(tǒng)化化技術(shù)ｆｉ巧究專(zhuān)業(yè)學(xué)位類(lèi)別工程碩塵學(xué)號(hào)Ｊ２０１３２２０３０巧４作者她名陶子豪指營(yíng)教師化榮翔副教授－＊一Ｊ－：獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)

2、行的研究工作?！鰳?biāo)注和致謝的地方及取得的研究成果據(jù)我所知，除了文中特別加，夕ｈ，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我－同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論義中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。：又作者簽名＝日期；月＞日論文使用授權(quán)本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)巧關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家巧關(guān)部ｎ或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)，允許論義被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可Ｗ

3、將學(xué)位論義的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、，可采用影印縮巧或掃描等復(fù)制手段保存。、匯編學(xué)位論文（保密的學(xué)位論義在解密后應(yīng)遵此規(guī)）定守＾貪作者簽：名：導(dǎo)師簽名知手＿化寺期：年ｒ日月分類(lèi)號(hào)密級(jí)注1UDC學(xué)位論文新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器及系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究（題名和副題名）陶子豪（作者姓名）指導(dǎo)教師伍榮翔副教授電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱(chēng)、單位名稱(chēng)）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)位類(lèi)別工程碩士工程領(lǐng)域名稱(chēng)集成電路工程提交論文日期2016.03.18論文答辯日期2016.05.18學(xué)位授予單位和日期電

4、子科技大學(xué)2016年06月答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類(lèi)法UDC》的類(lèi)號(hào)。StudyonDeviceandSystemofEmergingNon-VolatileMemoriesAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:ZihaoTaoSupervisor:RongxiangWuSchool:SchoolofMicroelect

5、ronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器（non-volatilitymemory，NVM）是一類(lèi)具有非揮發(fā)特性的新介質(zhì)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其主要代表有鐵電存儲(chǔ)器（FerroelectricRandomAccessMemory，F(xiàn)RAM），相變存儲(chǔ)器（PhaseChangeMemory，PCM），磁阻存儲(chǔ)器（MagnetoresistiveRandomAccessMemory，MRAM）和阻變存儲(chǔ)器（ResistiveRandomAccessMemory，RRAM）。

6、相比于傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器還具有高速讀寫(xiě)，低功耗和高密度存儲(chǔ)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展方向。本論文以新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器為研究對(duì)象，對(duì)其在電路設(shè)計(jì)層面和存儲(chǔ)系統(tǒng)層面的若干內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究。在電路模塊層面，針對(duì)新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器的操作特點(diǎn)，首先對(duì)其讀寫(xiě)操作電路進(jìn)行了分析研究，總結(jié)歸納了讀寫(xiě)操作電路在設(shè)計(jì)上的共性方法，并通過(guò)具體電路仿真分析了其工作原理，參數(shù)影響和優(yōu)勢(shì)；然后結(jié)合新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器特點(diǎn)，對(duì)其接口電路的設(shè)計(jì)做了一定研究，提出對(duì)接口電路模塊設(shè)計(jì)，時(shí)序設(shè)計(jì)，信號(hào)完整性設(shè)計(jì)等方面

7、的改進(jìn)方案。在多值存儲(chǔ)技術(shù)上，在充分調(diào)研了幾種新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器多值存儲(chǔ)原理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)第二代磁阻存儲(chǔ)器（SpinTorqueTransferRandomAccessMemory，STT-RAM）多值存儲(chǔ)技術(shù)上的電流和功耗過(guò)載問(wèn)題，提出了2T1MTJs（2Transistors1MagneticTunnelJunctions）存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，并采用45nm低功耗PTM（PredictiveTechnologyModel）場(chǎng)效應(yīng)晶體管模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)1T1MTJs結(jié)構(gòu)相比，MTJs器件

8、中軟比特位上電流至少可減少一半，功耗至少可減少72%。在存儲(chǔ)器功耗優(yōu)化方面，在充分調(diào)研了從材料，器件結(jié)構(gòu)，電路設(shè)計(jì)到存儲(chǔ)系統(tǒng)級(jí)的功耗優(yōu)化方案基礎(chǔ)上，針對(duì)其中的編碼優(yōu)化讀出功耗方案進(jìn)行了理論論證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明其可行性。進(jìn)一步結(jié)合幾種新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器特點(diǎn)分析研究了編碼優(yōu)化讀出功耗方案的適用性，基于此提出了加入奇偶校驗(yàn)位的改進(jìn)方案，理論論證表明，改進(jìn)方案相比于原本方案在數(shù)據(jù)可靠性方面更具有優(yōu)勢(shì)，而功耗代價(jià)可以忽略。關(guān)