納米晶存儲器中的高壓產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、近半個世紀(jì)以來，F(xiàn)lash存儲器以其高集成度、高可靠性的特點，快速成為半導(dǎo)體存儲器市場中發(fā)展最為迅速的一種。在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來的納米晶存儲器（Nano-Crystal Memory，NCM）進一步提高了存儲密度，加上與CMOS工藝良好的兼容性，使得對納米晶存儲器的研究具有巨大的科學(xué)和產(chǎn)業(yè)價值。另一方面，降低電源電壓從而實現(xiàn)低功耗已成為超大規(guī)模集成電路發(fā)展的一個重要方向，然而為了實現(xiàn)對納米晶存儲單元的正確操作，必須用較高的電壓來維持足夠高

2、的電場，從而使得納米晶存儲器中的高壓電路系統(tǒng)成為影響存儲器性能的關(guān)鍵。
　　 本論文為中國科學(xué)院微電子研究所三室一款8Mbits納米晶存儲器芯片設(shè)計中的一部分，芯片工藝基于上海宏利半導(dǎo)體公司（GSMC）2P3M納米晶工藝和標(biāo)準(zhǔn)0.13um CMOS嵌入式存儲器工藝。
　　 本文首先對納米晶存儲器的工作原理進行了介紹，針對納米晶存儲器的操作方法，提出了高壓電路系統(tǒng)在整個存儲器芯片中的架構(gòu)和作用，接著對高壓產(chǎn)生電路作了詳細的

3、闡述和分析。納米晶存儲器芯片系統(tǒng)中包括四個電荷泵系統(tǒng)，產(chǎn)生三種類型的高壓，以提供芯片操作所需要的正高壓或負高壓。電荷泵系統(tǒng)主要由振蕩器、四相位時鐘產(chǎn)生電路、電荷泵核心電路以及穩(wěn)壓電路構(gòu)成。論文針對電荷泵核心電路的工作原理，通過比較常用電荷泵電路的性能，選取了一種最為高效的電路結(jié)構(gòu)，然后針對芯片系統(tǒng)的要求，詳細具體的闡述了正、負高壓電荷泵核心電路的設(shè)計過程。此外，還對時鐘產(chǎn)生電路以及穩(wěn)壓電路設(shè)計做了具體介紹。系統(tǒng)仿真顯示，在最壞工作情況下

4、，各種電荷泵系統(tǒng)在滿足輸出電壓幅度符合系統(tǒng)要求的情況下，輸出電壓上升時間都小于15μs，輸出電壓紋波都基本小于100mV，電流驅(qū)動能力都強于系統(tǒng)要求的100μA（7.5V 電荷泵系統(tǒng)和-4.5V 電荷泵系統(tǒng)）或20μA（2.5V 電荷泵系統(tǒng)）。
　　 其次，由于整個存儲器芯片的操作都直接由電荷泵輸出電壓進行供電，因此，電荷泵的效率對整個芯片的功耗將產(chǎn)生很大影響。針對電荷泵效率優(yōu)化的重要性，本文提出了一種基于數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的高效、快速