低功耗单栅非挥发性存储器的研究

发布时间：2017-10-03 00:19

  本文关键词：低功耗单栅非挥发性存储器的研究

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【摘要】：随着物联网技术的发展,作为其关键技术的射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术受到了广泛的关注。RFID系统由电子标签、阅读器和电脑服务器三个部分组成。由于电子标签需要粘贴到所要跟踪的物体上,所以对它的需求量最大。这就要求电子标签的制造成本很低。而且标签通常是无源的,电能来自感应电流。所以电子标签还需低功耗。然而,标签芯片内用于存放产品信息的EEPROM或Flash通常制造成本和功耗较高,这给RFID的普及造成了巨大的阻碍。本文设计了一种可嵌入射频识别标签的低功耗单栅非挥发性存储器(Single-Poly Non-Volatile Memory, SPNVM)。它采用Skysilicon 0.35μm标准CMOS工艺设计并制造。与传统的EEPROM和Flash存储器相比较,所设计的单栅存储器具有更低的制造成本和功耗,更多的可编程次数以及更简单的控制电路。该存储器是将三个MOS管的栅极连在一起作为等效浮栅,利用电容分压原理和Fowler-Nordheim(FN)电子隧穿机制向浮栅注入电子或从浮栅上泄放电子。等效浮栅既可以存储正电荷也可以存储负电荷的性质使该存储器可以有两种储值方式,不同的储值方式在结构上的区别只是存储核心的三个晶体管的栅面积比不同,而且根据约束条件计算得到的晶体管尺寸确保了存储单元不会被过度擦除。所设计的存储器单元仅使用两个正电压便可实现擦除、写入和读取操作。将一个SRAM连接到位线上,以预置其值的方式取代了传统存储器对位线的预充电操作,也省去了灵敏放大器。测试结果表明,存储器能够实现正常的存储功能,所实现的两种储值方式的编程时间分别为80 ms和120ms,并且没有发生过度擦除,存储器可以承受超过1000次的编程循环。
【关键词】：标准CMOS工艺 单栅 非挥发性存储器(NVM) Fowler-Nordheim(FN)隧穿 RFlD
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-15
• 1.1.1 射频识别标签简介9-10
• 1.1.2 半导体存储器的分类10-13
• 1.1.3 应用于RFID中的存储器技术发展现状13-15
• 1.2 论文所完成的主要工作15
• 1.3 论文组织结构15-17
• 第二章 相关存储器工作原理17-31
• 2.1 量子隧穿效应17-21
• 2.1.1 隧穿理论基础17-19
• 2.1.2 Fowler-Nordheim隧穿19-21
• 2.2 EEPROM和Flash工作原理21-25
• 2.2.1 EEPROM工作原理21-23
• 2.2.2 Flash工作原理23-25
• 2.3 SRAM工作原理25-28
• 2.4 小结28-31
• 第三章 单栅存储器结构设计及工作原理31-43
• 3.1 工艺参数31-32
• 3.2 MOS电容32-35
• 3.3 存储单元结构及工作原理35-40
• 3.3.1 存储单元结构设计35-36
• 3.3.2 存储单元工作原理36-40
• 3.4 存储阵列40-41
• 3.5 小结41-43
• 第四章 存储单元设计参数的确定43-57
• 4.1 电平预置单元设计参数的确定43-44
• 4.2 数据存储单元设计参数的确定44-56
• 4.2.1 储值方式1设计参数的确定45-52
• 4.2.2 储值方式2设计参数的确定52-56
• 4.3 两种储值方式的比较56
• 4.4 小结56-57
• 第五章 版图设计与芯片测试57-63
• 5.1 存储器版图设计57-59
• 5.1.1 电平预置单元版图设计57-58
• 5.1.2 数据存储单元版图设计58-59
• 5.2 芯片测试与结果分析59-62
• 5.3 小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 参考文献65-69
• 发表论文和参加科研情况69-71
• 致谢71

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本文编号：962085