基于标准CMOS工艺的纯逻辑非挥发性存储器关键技术研究

发布时间：2017-05-18 06:04

  本文关键词：基于标准CMOS工艺的纯逻辑非挥发性存储器关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在电子产品中、SOC（System On Chip，片上系统）或者ASIC设计中，经常需要小容量（几十比特数到几K比特数）的NVM（Non-Volatile Memory，非挥发性存储器），但是传统的NVM由于需要多层多晶硅来形成浮栅器件，其制造生产相对于标准CMOS工艺来说，需要额外的光罩和工艺步骤，不但工艺复杂而且生产成本高，不利于系统集成；并且擦写时因为需要15V左右的高压，从而导致功耗较高，在低功耗、低成本的应用场合（如RFID）并不适用。本文主要研究基于标准CMOS工艺的纯逻辑非挥发性存储器。 本文针对UHF RFID应用，创新性地采用标准CMOS工艺设计出纯逻辑非挥发性存储器，也称为MTP（本文把研究对象称为MTP）；并提出相应的存储阵列。本文采用两个栅极对接的MOS电容来模拟浮栅结构，存储信息。两个对接的MOS电容栅极面积一大一小，栅极面积大的就相当于控制栅电容（类似于Flash和EEPROM的控制栅），控制栅电容可以用来控制浮栅中的电压大小，以便形成产生FN遂穿效应所需的电场；浮栅中电荷的俘获和移除通过遂穿效应来完成。 另外，本文还创新性地采用新型的电荷泵系统，引进快慢时钟的方法分两步爬坡的形式来完成高压的抬升，拉长整体升压时间，降低编程功耗；此外，为了减少功耗，采用电容分压的形式来检测电压；采用全PMOS设计出新型的倍压器，降低了传输过程中的电荷损失，采用四相位时钟进行逻辑控制来防止PMOS管反向漏电，使得倍压器在低至1V的情况下效率仍达到60%以上，，使得MTP存储器能在低电压下编程成功。 本文使用Spectre工具进行电路的设计，使用Hspice和Spectre进行电路仿真；仿真结果表明，本文设计的MTP存储器最小读电压为1V，功耗在1uW左右；最小编程电压为1.3左右，相应的功耗为15uW左右，相对于传统EEPROM来说，优势非常明显。
【关键词】：存储器 纯逻辑 RFID UHF
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 课题研究意义11-12
• 1.3 论文的主要内容和结构安排12-14
• 第二章 超高频无源标签性能与存储器功耗关系14-17
• 2.1 标签识别距离与功耗的关系14-16
• 2.2 本章小结16-17
• 第三章 非挥发性存储器原理研究与分析17-32
• 3.1 NVM 概述17-19
• 3.2 只读存储器原理介绍19-27
• 3.2.1 掩膜只读存储器（ROM）20-21
• 3.2.2 可编程只读存储器（PROM)21-23
• 3.2.3 可擦除可编程只读存储器（EPROM）23
• 3.2.4 EEPROM23-25
• 3.2.5 Flash25-27
• 3.3 RRAM27-28
• 3.4 铁电存储器28
• 3.5 纯逻辑 NVM28-30
• 3.6 几种非挥发性存储器比较30-31
• 3.7 本章小结31-32
• 第四章 MTP 存储单元与阵列设计32-41
• 4.1 MTP 存储单元原理设计与分析32-38
• 4.1.1 双向遂穿存储器单元32-36
• 4.1.2 MTP 存储单元36-38
• 4.2 MTP 存储阵列设计38-40
• 4.3 本章小结40-41
• 第五章 纯逻辑 MTP 存储器电路设计41-64
• 5.1 MTP 存储器芯片系统架构设计41-42
• 5.2 译码电路设计42-44
• 5.2.1 行译码电路设计42-44
• 5.2.2 列译码电路设计44
• 5.3 电平转换电路设计44-45
• 5.4 高压管理单元设计45-62
• 5.4.1 存储器编程低功耗设计方法46-47
• 5.4.2 低压高效倍压电路设计47-51
• 5.4.3 电荷泵电路设计51-59
• 5.4.4 高压检测电路设计59-60
• 5.4.5 分压处理电路设计60-61
• 5.4.6 高压管理单元整体仿真结果61-62
• 5.5 灵敏放大器设计62-63
• 5.6 本章小结63-64
• 第六章 存储器功能仿真64-71
• 6.1 MTP 存储器总体特性64-67
• 6.2 MTP 读功能仿真67-68
• 6.3 MTP 编程功能仿真68-70
• 6.4 本章小结70-71
• 第七章 总结与展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 附录77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张剑云,李建,郭亚炜,沈泊,张卫;一种适用于开关电容电路的MOS开关栅增压电路[J];半导体学报;2005年09期

2 Salahddine Krit;Hassan Qjidaa;Imad El Affar;Yafrah Khadija;Ziani Messghati;Yassir El-Ghzizal;;A novel CMOS charge-pump circuit with current mode control 110mA at 2.7V for telecommunication systems[J];半导体学报;2010年04期

3 赵鸿滨;屠海令;杜军;;非易失性阻变存储器研究进展[J];稀有金属;2012年03期

4 金丽妍;JANG Ji-Hye;余忆宁;HA Pan-Bong;KIM Young-Hee;;Design of 512-bit logic process-based single poly EEPROM IP[J];Journal of Central South University of Technology;2011年06期

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1 靳钊;无源超高频射频识别标签设计中的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

  本文关键词：基于标准CMOS工艺的纯逻辑非挥发性存储器关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：375231