CMOS憶阻器混合電路可靠性設(shè)計.pdf

1、憶阻器能“記憶”通過的電荷量，具有面積小、功耗低、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點，而CMOS具有可靠性高，易于控制等優(yōu)點。結(jié)合各自優(yōu)勢的CMOS憶阻器混合電路能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的應(yīng)用，在存儲、邏輯運算、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在當(dāng)前的制作工藝下，憶阻器的可靠性較低，CMOS憶阻器混合電路的可靠性問題已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點。
　　目前在憶阻器可靠性方面有許多研究成果，如從憶阻器的粒子遷移模型出發(fā)，通過分析憶

2、阻器內(nèi)氧空缺的變化，發(fā)現(xiàn)了憶阻器磨損故障的物理起因及其可修復(fù)特性，采用合適的操作電壓顯著提高憶阻器電路的可靠性。
　　本文圍繞CMOS憶阻器混合電路的系統(tǒng)級可靠性進(jìn)行了研究，針對兩種CMOS憶阻器混合電路:阻變存儲器(RRAM)和憶阻器比值邏輯(MRL)門電路，分別提出了相應(yīng)的自修復(fù)可靠性設(shè)計方案。
　　首先，針對RRAM，本文設(shè)計了一個自修復(fù)可靠性結(jié)構(gòu)，主要添加兩個模塊:糾錯碼(ECC)模塊和自修復(fù)模塊。ECC模塊能夠檢測

3、和糾正數(shù)據(jù)塊中的錯誤，并在發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量錯誤后通知自修復(fù)模塊。自修復(fù)模塊控制故障數(shù)據(jù)塊進(jìn)入自修復(fù)模式，在出現(xiàn)故障的RRAM單元兩端將自動加載修復(fù)電壓。仿真實驗結(jié)果表明，與現(xiàn)有的系統(tǒng)級可靠性方法相比較，本設(shè)計顯著降低了數(shù)據(jù)塊的錯誤率，延長了使用壽命。
　　其次，對于MRL邏輯門電路，本文分析發(fā)現(xiàn)在MRL邏輯門中不存在過置位故障，但是過復(fù)位故障發(fā)生的可能性較高。本文設(shè)計了一種定期修復(fù)的可靠性方案，包含故障檢測、電阻調(diào)整、自修復(fù)和冗余替換