利用”镜像”技术使闪存单元容量加倍

一种全新的可使存储单元容量加倍的新架构最近问世。这种新技术称为"mirrorbit",它可以使标准的闪存单元拥有比以前多一倍的存储容量,而性能和数据完整性完全不受影响。

  这项技术由amd公司开发成功,它通过将两个比特的数据放到一个存储单元中来实现容量加倍。简单地说,这项技术可以将电子放到氮化物绝缘层中两个不同的位置上,通常就是氮化层的两端。这样一来,每一个存储单元就相当于对自己进行了镜像,而镜像面就垂直通过这个单元的中心。

  每一个比特都可以单独读取或写入。在其设置过程中使用的是全电压,而其他的多比特单元则要把电压分成4个级别,以表示两个比特的数据。这样,它就需要对极限值进行仔细调节以便比较器能够识别这4个级别。由于用于识别的额外开销也需要一定的时间,所以在存取数据方面,多级结构通常都要比mirrorbit技术慢。而基于多比特单元的闪存芯片,在存取时间上自然也要长一些。

  在mirrorbit结构中,基本的存储单元是一个mos管。存储部分位于栅区上面,是一层加入了经过特别调配的氮化物沉积的绝缘层。存储部分上面,是隔离的栅极。由于氮化物存储区是绝缘的,所以它所存储的电荷就不会流动,而具有很好的定位性。在amd的方法中,存储单元的两端会形成两个充电区,来表示两个比特的数据(左位和右位)。

  这个晶体管的操作是对称的,其源区和漏区可以互相转换,这就是形成充电区和读取数据的关键。将源、漏、栅极加上适当的偏置电压,电子就会注入一个充电区,从而完成对它的写入;将源、漏极的偏置电压反转,就可以对第2个充电区进行写入。读取某个数据时,需要改变栅极电压,并将源极和漏极的偏置电压设置为适当值;读取第2个数据时,只需将源极和漏极的偏置电压反转即可。

  这种全新的方法把一个晶体管当成两个来用,从而使存储容量翻番。而mirrorbit存储单元的物理尺寸也比多级单元要小,在16个标准单比特闪存单元所占据的位置上,现在可以放入近50个mirrorbit存储单元,几乎使芯片的密度增大了两倍。总之,同多级存储单元相比,mirrorbit单元可以使存储容量增加50%以上。

  形成阵列时,mirrorbit单元的物理布局也相对简单,从而使制造更加容易。而它所需的工艺步骤也较少,所以圆片的生产率也能得到提升。再考虑到2~3倍的存储容量,使用mirrorbit单元的nor型闪存将对基于nand的高密度字节序列闪存形成强劲的挑战。

  删除数据也很简单,通过加上适当的偏置电压,再使用负栅极删除的方法就可达到目的。一般地,负栅极以及普通的正电压方法都可用于删除,与传统单比特闪存上使用的方法很相似。由于左位和右位总是位于同一个区段中,所以进行区段或全芯片删除操作时,一个mirrorbit单元中的两位数据总是被一齐删除。

  据amd公司称,mirrorbit技术将用于该公司全系列的闪存芯片,容量从16mb到1gb。这种新的芯片将同现有的amd am29lv单比特系列兼容。

  amd同时还展示了第一个使用此技术的64mb芯片,存取时间为90ns,区段(64kb)删除时间为100ms;其待机状态下漏极电流仅为1 a,可确保20年的保存时间。由于芯片上还加上了页面缓冲,这个64mb的芯片在页面模式下能达到更高的读取速度,仅为25ns,写入速度可达到6 s/字节。
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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计