Исследование и разработка электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти на основе КМОП-технологии

• Автор: Ермаков, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ
1.1 Классификация и обзор видов п/п памяти
1.2 Принцип работы ЭСРПЗУ
1.3 Различия между ЭСППЗУ и флэш-памятыо и их основные
характеристики
1.4 Тенденции развития энергонезависимой памяти
1.5 Обзор современных ведущих фирм, специализирующихся на
проектировании и изготовлении ЭСППЗУ И ФЛЭШ-ПАМЯТИ
1.6 Области применения ЭСППЗУ с одним уровнем поликремния.
1.7 Выводы по первой главе
Постановка задачи
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЯЧЕЙКИ ЭСППЗУ НА ОСНОВЕ ТРАДИЦИОННОЙ КМОП-ТЕХНОЛОГИИ
2.1. Анализ конструктивно-технологических принципов реализации
ячеек ЭСППЗУ на базе КМОП-технологии
2.2. Анализ технологического базиса
2.3. Способ формирования и конструкция ячейки памяти
2.4. Режимы работы ячейки памяти
2.5. Методика проектирования ячейки ЭСППЗУ
2.6. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ЯЧЕЕК ЭСППЗУ С ПЛАВАЮЩИМ ЗАТВОРОМ В КМОП-ТЕХНОЛОГИИ С ПРОЕКТНЫМИ НОРМАМИ 0,18 МКМ И ОДНИМ УРОВНЕМ ПОЛИКРЕМНИЯ

3.1 Зависимость порогового напряжения от длительности и
АМПЛИТУДЫ ИМПУЛЬСА ЗАПИСИ/СТИРАНИЯ
3.2 Зависимость порогового напряжения от количества циклов ПЕРЕЗАПИСИ
3.3 Методика определения и расчет времени хранения
3.4 Сравнение характеристик разработанных ячеек с зарубежными аналогами
3.5 ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ВСТРОЕННОГО ЭСППЗУ НА ОСНОВЕ ТРАДИЦИОННОЙ КМОП-ТЕХНОЛОГИИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
4.1 Схемотехнические методы, обеспечивающие использование
ПОВЫШЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ В СХЕМЕ
4.1.1. Метод преобразования на основе защитных транзисторов
4.1.2. Метод зарядовой накачки
4.2 Способы построения усилителя считывания
4.3 Цифровой последовательный однопроводной интерфейс передачи данных
4.4 Схемотехнические решения Л-Б-триггера, Б-триггера и сдвигового регистра с ЭСППЗУ
4.5 Практическое применение результатов при разработке микросхем с встроенным ЭСППЗУ
4.6 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Полупроводниковая (п/п) память является неотъемлемым и важным компонентом интегральных схем (ИС) или микроэлектронных устройств. Основная функция памяти - запоминание и хранение данных.
П/п память может применяться в виде отдельных самостоятельных автономных микросхем памяти или в виде встроенной памяти (embedded memory) [1,2]. Автономная микросхема памяти осуществляет только лишь функции записи, хранения и считывания большого объема данных [3], в то время как встроенная память обычно обладает относительно небольшой емкостью и входит в состав другой более сложной многофункциональной ИС, например, идентификационного чипа, системы на кристалле (СНК), смарт-карты, микроконтроллера и др. в виде отдельного блока. Главным отличительным признаком встроенной памяти является то, что она выполнена на одном кристалле вместе со всей системой [4].
По зависимости сохранения данных от подключения к источнику питания, память подразделяется на энергозависимую и энергонезависимую [5]. Как следует из названия, энергозависимая память хранит данные только при включенном источнике питания, теряя их после его отключения, тогда как энергонезависимая память способна сохранять записанные данные долгое время при отсутствии внешнего питания.
Как правило, в сложных многофункциональных микросхемах, таких как смарт-карты, на одном кристалле вместе с микропроцессором содержится сразу несколько видов встроенной памяти (ПЗУ, ОЗУ, ЭСППЗУ), каждый из которых имеет свои преимущества и области применения.
Наиболее распространенным, востребованным и универсальным видом встроенной памяти на сегодняшний день является электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) [6], которое обладает рядом важных достоинств по сравнению с другими видами

произвольного доступа к каждому биту или слову. Определено место ЭСППЗУ на базе КМОП-технологии с одним уровнем поликремния. С одной стороны, оно является таким же дешевым как ПЗУ, поскольку не требует дополнительных технологических операций и может быть реализовано в стандартном КМОП-процессе, а с другой стороны, обладает всеми преимуществами ЭСППЗУ, такими как произвольный доступ и возможность многократного программирования.
1.7 Выводы по первой главе
Проведена классификация видов п/п памяти. Установлено, что в настоящее время наиболее востребованным и массовым видом энергонезависимой многократно программируемой памяти, удовлетворяющим требованиям большинства встроенных приложений (хранения информации в течение 10-20 лет с возможностью перезаписи 104-10б раз) является ЭСППЗУ с плавающим затвором.
Обзор производителей показывает, что в зависимости от приложения объем энергонезависимой перепрограммируемой памяти может варьироваться от 128 бит до 2 Тбайт. Поскольку закон Мура все еще продолжает действовать в технологии ИС, несмотря на все трудности, а масштабирование в первую очередь затрагивает микропроцессоры и память, то автоматически идет стремление к повышению производительности и объема памяти. Производятся попытки создания универсального энергонезависимого ОЗУ. Однако, возможно, применение новых материалов диэлектрика в структурах флэш-памяти позволит преодолеть проблемы масштабирования и тонкого оксида.
В последнее время наблюдается тенденция создания универсальной памяти - энергонезависимого ОЗУ, т.е. памяти, которая обладает всеми достоинствами традиционного ОЗУ (быстрые операции записи/стирания и считывания, низкое энергопотребление), но способного длительное время хранить данные после отключения источника питания. Новые виды