标准CMOS工艺下面向超高频电子标签芯片的非易失存储器研究与实现

发布时间：2017-08-29 13:34

  本文关键词：标准CMOS工艺下面向超高频电子标签芯片的非易失存储器研究与实现

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【摘要】：目前,超高频电子标签芯片作为物联网中的关键元件在全球得到了广泛的应用,是当前人们研究的焦点。超高频电子标签芯片的核心之一是非易失存储器,标准CMOS工艺的非易失存储器以其成本低、功耗小等的优势成为国际上超高频电子标签芯片设计的首选。国内在标准CMOS工艺的非易失存储器方面的研究与国际上相比具有较大差距,存在着存储单元面积过大、阈值窗口电压小、存储器读取写入功耗过高、可靠性低等缺点,还未能实现其在超高频电子标签芯片中的应用。因此研究与实现标准CMOS工艺的非易失存储器,对推动国内超高频电子标签芯片性能的提高具有重大作用,对我国物联网事业的发展具有重大意义。本文首先阐述了标准CMOS工艺非易失存储器的研究背景,介绍了国外在标准CMOS工艺非易失存储器方面的研究进展,讨论了国内研究现状与面临的问题。然后,对标准CMOS工艺非易失存储器系统架构进行了设计:针对超高频电子标签芯片的应用,提出了其架构组成与功能管脚定义,分析了其读写功耗、读写时间、工作温度、可擦写次数等参数上的要求,设计存储器指标。接着,提出了HPP_CELL非易失存储单元,其隧穿管为半个PMOS电容结构的HPMOS管。HPP_CELL具有面积小——仅为18μm2、阈值窗口电压大——8V以上等优点。根据HPP_CELL存储单元特性,设计了具有测试模式的1K-bit存储阵列。存储器外围电路中主要设计了电压切换模块,对控制电路、电荷泵、灵敏放大器等其他电路进行分析与部分设计。仿真结果表明所设计的存储器平均写入功耗为3.3μW,读取功耗可达2.4μW,满足设计指标。最后,对设计的标准CMOS工艺非易失存储器在GSMC 0.13μm CMOS工艺流片验证,并对流片芯片进行测试与分析。测试结果表明本文提出的标准CMOS工艺非易失存储器满足大部分设计指标,HPP_CELL存储单元在阈值窗口电压和面积上具有明显优势。
【关键词】：非易失存储器 标准CMOS工艺 超高频电子标签芯片 MTP
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN402;TP333
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 主要工作内容与创新点14
• 1.4 论文组织结构14-16
• 第二章 超高频电子标签芯片中非易失存储器系统设计16-24
• 2.1 超高频电子标签芯片系统结构16-18
• 2.2 非易失存储器指标分析18-20
• 2.3 非易失存储器系统设计20-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 标准CMOS工艺非易失存储器内核设计24-38
• 3.1 存储单元设计24-34
• 3.1.1 存储单元原理分析24-27
• 3.1.2 存储单元结构设计27-28
• 3.1.3 TCAD建模仿真分析28-33
• 3.1.4 存储单元设计总结33-34
• 3.2 存储阵列设计34-36
• 3.3 本章小结36-38
• 第四章 标准CMOS工艺非易失存器外围电路设计38-61
• 4.1 控制电路38-41
• 4.2 地址译码器41-43
• 4.2.1 行译码器设计41-42
• 4.2.2 列译码器设计42-43
• 4.3 电荷泵43
• 4.4 电压切换模块43-53
• 4.4.1 行电压切换模块44-51
• 4.4.2 列电压切换模块51-53
• 4.5 灵敏放大器53-55
• 4.6 仿真与分析55-58
• 4.7 本章小结58-61
• 第五章 流片实现与测试61-70
• 5.1 流片实现61-62
• 5.2 测试方案62-65
• 5.2.1 存储器测试方案62-64
• 5.2.2 存储单元测试方案64-65
• 5.3 测试与分析65-69
• 5.4 小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 作者在学期间取得的学术成果78

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本文编号：753566