北京大学半导体器件类－第三节 非挥发性存储器ROM.ppt

IME PKU * IME PKU 第三节 非挥发性存储器ROM ROM PROM EPROM Flash EEPROM 基于浮栅结构的PROM 作为可编程、可擦除的ROM，需要满足的基本条件： 编程时间短（1秒）、编程信息保存时间长（大于10年） IME PKU IME PKU ROM 2.1 浮栅存储器（Floating-Gate Memory） 浮栅存储器的结构示意图 2.1.1 浮栅结构和信息存储原理 利用浮栅上是否存在电荷来表示“0”和“1” 利用沟道阈值电压不同区分信息“0”和“1” CONTROL GATE FLOATING GATE DRAIN SOURCE IME PKU 浮栅结构的能带图 2.1.1 浮栅结构 IME PKU IME PKU 2.1 浮栅存储器单元 2.1.2浮栅结构中的电荷输运机制 未编程时所有单元存储信息“1” 存储信息的编程（写“0”）：向浮栅中注入电子 存储信息的擦除：从浮栅中排出电子 注入电子编程的时间要很短 注入到浮栅中的电子在不擦除时能够长时间停留（大于十年） 因此对浮栅的的电子注入和擦除过程具有不对称特性 由于对可编程、可擦除的ROM，要求： IME PKU 2.1 浮栅存储器单元 2.1.2 浮栅结构中的电荷输运机制（续） 热电子注入 隧穿注入 注入机制 IME PKU 热电子注入浮栅的条件（所谓的幸运电子） 漏端的雪崩注入 沟道热电子的注入 衬底注入 1) 载流子必须获得足够高的能量，以越过势垒 2) 热电子从能量增益区到Si/SiO2界面不发生显著的能量损失 3) 热电子能够不被界面反射而进入SiO2层中 4) SiO2层存在可将热电子拉入到浮栅的定向电场 热电子的产生和注入方法 IME PKU 漏端的雪崩注入（FAMOS结构） 由漏端耗尽区强场作用发生雪崩现象产生热载流子，注入效率～10－6 热电子注入的方法 IME PKU 漏端的雪崩注入（FAMOS结构） 由漏端耗尽区发生雪崩现象产生热载流子 注入效率～10-6－10-7 热电子注入的方法 IME PKU 热电子注入的方法 沟道热电子的注入 由沟道反型层中的电子受高场作用形成热载流子， 注入效率～10－6 IME PKU 注入栅上的偏压稍高于阈值 热电子注入的方法 源端电子的注入 通过增加一注入栅，使得反型层中的电子向浮栅的注入效率得到很大改善，其 注入效率可达～10－3 IME PKU 热电子注入的方法 衬底注入 由衬底提供热载流子，注入效率～10－1 －10－4 编程时，衬底和注入极接地，源、漏、控制栅接高电压 目前尚未商业化，由于Injector扩散不能很好地Scale到亚微米 IME PKU 2.1 浮栅存储器单元 2.1.2 浮栅结构中的电荷输运机制（续） 热电子注入 FN隧穿注入 注入机制 IME PKU 隧穿注入 直接隧穿 FN隧穿 直接隧穿 FN隧穿 由于直接隧穿效应具有正反向对称的特征，因此不适于作为浮栅的注入介质 IME PKU FN隧穿注入 IME PKU 2.1 浮栅存储器单元 擦除机制 光擦除 电擦除 IME PKU 擦除机制 光擦除 浮栅 控制栅 衬底 h?1 h?1 IME PKU 2.1 浮栅存储器单元 浮栅存储单元信息的灵敏放大 CONTROL GATE FLOATING GATE DRAIN SOURCE Bit- Line ST MT Bit- Line MT IME PKU 2.1 浮栅存储器单元 浮栅存储单元的灵敏放大 0 VSENS VDD “ 0” “ 1” 0 VSENS VDD ON E.G ”0” OFF E.G ”1” 带寻址晶体管的单元 无寻址晶体管的单元 寻址信号加在寻址晶体管 寻址信号直接加在存储单元管上 Bit- Line ST MT Bit- Line MT IME PKU 2.2 浮栅存储器阵列 2.2.1 UV EPROM T型单元UV EPROM结构 漏端CHE编程，紫外光（ UV ）擦除 IME PKU 2.2 浮栅存储器阵列 2.2.1 UV EPROM T型单元EPROM阵列 漏端CHE编程 位线接触由个单元共享 所有单元的源端均接地 编程时，所有与位线连接的单元均加编程的漏端电压，但只有一行加VPP偏压 电编程，紫外光（ UV ）擦除 IME PKU 2.2 浮栅存储器阵列 2.2.2 EEPROM Floating-Gate Tunnel Oxide (FLOTOX) EEPROM结构 EEPROM结构与EPROM非常类似，主要不同在于编程和擦除过程均是在高压下进行，主要是FN隧穿机