新型非挥发存储器及系统优化技术研究

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1、４击种成丈畫ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｆＥＬ巨ＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ专业学位硕±学位论文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥ觀、、气／论文题目新型非挥发佑储器及系统化化技术ｆｉ巧究专业学位类别工程硕尘学号Ｊ２０１３２２０３０巧４作者她名陶子豪指营教师化荣翔副教授－＊一Ｊ－：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进

2、行的研究工作。■标注和致谢的地方及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加，夕ｈ，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我－同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论义中作了明确的说明并表示谢意。：又作者签名＝日期；月＞日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学巧关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家巧关部ｎ或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论义被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ

3、将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、，可采用影印缩巧或扫描等复制手段保存。、汇编学位论文（保密的学位论义在解密后应遵此规）定守＾貪作者签：名：导师签名知手＿化寺期：年ｒ日月分类号密级注1UDC学位论文新型非挥发存储器及系统优化技术研究（题名和副题名）陶子豪（作者姓名）指导教师伍荣翔副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称集成电路工程提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2016.05.18学位授予单位和日期电

4、子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。StudyonDeviceandSystemofEmergingNon-VolatileMemoriesAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:ZihaoTaoSupervisor:RongxiangWuSchool:SchoolofMicroelect

5、ronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要新型非挥发存储器（non-volatilitymemory，NVM）是一类具有非挥发特性的新介质半导体存储器，其主要代表有铁电存储器（FerroelectricRandomAccessMemory，FRAM），相变存储器（PhaseChangeMemory，PCM），磁阻存储器（MagnetoresistiveRandomAccessMemory，MRAM）和阻变存储器（ResistiveRandomAccessMemory，RRAM）。

6、相比于传统半导体存储器，新型非挥发存储器还具有高速读写，低功耗和高密度存储的特点，被认为是下一代半导体存储器的发展方向。本论文以新型非挥发存储器为研究对象，对其在电路设计层面和存储系统层面的若干内容进行了系统分析研究。在电路模块层面，针对新型非挥发存储器的操作特点，首先对其读写操作电路进行了分析研究，总结归纳了读写操作电路在设计上的共性方法，并通过具体电路仿真分析了其工作原理，参数影响和优势；然后结合新型非挥发存储器特点，对其接口电路的设计做了一定研究，提出对接口电路模块设计，时序设计，信号完整性设计等方面

7、的改进方案。在多值存储技术上，在充分调研了几种新型非挥发存储器多值存储原理和特点的基础上，针对第二代磁阻存储器（SpinTorqueTransferRandomAccessMemory，STT-RAM）多值存储技术上的电流和功耗过载问题，提出了2T1MTJs（2Transistors1MagneticTunnelJunctions）存储单元结构，并采用45nm低功耗PTM（PredictiveTechnologyModel）场效应晶体管模型进行了仿真验证，结果显示，与传统1T1MTJs结构相比，MTJs器件

8、中软比特位上电流至少可减少一半，功耗至少可减少72%。在存储器功耗优化方面，在充分调研了从材料，器件结构，电路设计到存储系统级的功耗优化方案基础上，针对其中的编码优化读出功耗方案进行了理论论证和实验验证，证明其可行性。进一步结合几种新型非挥发存储器特点分析研究了编码优化读出功耗方案的适用性，基于此提出了加入奇偶校验位的改进方案，理论论证表明，改进方案相比于原本方案在数据可靠性方面更具有优势，而功耗代价可以忽略。关