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本次系列文章主要分享与存储相关的知识 文章目录 目录 系列文章目录 前言 一、mos管 阈值电压是什么#xff1f; 二、详细分析 1.通俗理解 2.读入数据 总结 前言
阈值电压(Vt) 阈值电压(Vt或Vth)的概念是从MOS管来的。 一、mos管 阈值电压是什么#xff1f;
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本次系列文章主要分享与存储相关的知识 文章目录 目录 系列文章目录 前言 一、mos管 阈值电压是什么 二、详细分析 1.通俗理解 2.读入数据 总结 前言
阈值电压(Vt) 阈值电压(Vt或Vth)的概念是从MOS管来的。 一、mos管 阈值电压是什么
先从MOS管的阈值电压谈起。MOS管(MOSFET)是由Gate (栅极)Source (源极)Drain (漏极)和Body (衬底)构成的四端器件(注1)。其功能取决于沟道中载流子(空穴和电子)的流动。根据起主要作用的载流子的种类可分为PMOS (正电荷的空穴为主)和NMOS (负电荷的电子为主)。闪存可以看成在NMOS基础上增加了一个浮栅(没有直接外接)所以本文以NMOS为例展开其截面图为 NMOS每个端子都需要一个偏置电压才可以正常工作由栅极电压控制源极和漏极之间电流的通路就像是一个可调节的水龙头可以精确控制水流的大小。在这里我们把
源极偏置电压简称为Vs栅极偏置电压简称为Vg漏极偏置电压简称为Vd其输出电流简称为Id
一般NMOS的衬底和源极接低电平例如约定VsGND则它的阈值电压就可定义为
漏极电压(Vd)一定时改变栅极电压(Vg)并测量漏极电流(Id)。当漏极电流(Id)等于事先约定的阈值电流(Ithreshold简称It)时此时的栅极电压就是阈值电压(Vthreshold简称Vt) 逐条分析这句话
“漏极电压(Vd)一定时”这里我们又固定了一个变量即漏极电压也是约定不变的(注2)。那么上文中谈到的3个电压和1个电流中就只剩下Vg和Id在改变了。“改变栅极电压(Vg)测量漏极电流(Id)”这段话说明了剩下的两个因子(Vg和Id)中Vg是自变量Id是随着Vg改变而改变的应变量。“当漏极电流(Id)等于事先约定的阈值电流(Ithreshold简称It)时”这里又约定了一个电流值。它和闪存外围电路辨析电流的能力相关这里我们暂时认为它是约定的常数(注2)。“此时的栅极电压就是阈值电压(Vthreshold简称Vt)”所以阈值电压Vt就是某个特殊情况下的栅极电压Vg。在这个Vg下IdIt 二、详细分析
1.通俗理解 一个更为通俗的例子就是在洗澡的时候通过拧水龙头调节冷热水比例当调节到最舒适的水温的时候大家往往会把这个龙头的位置定好那么我们固定的这个水龙头位置(Vg)就是阈值电压(Vt)这个时候出水的流速和温度就是阈值电流(It)。
MOS管可分耗尽型和增强型漏端电流也有Idoff、Idsat等定义许多MOS管相关的概念我们这里就不多赘述了。
上述Vg与Id的关系我们也可以用一个函数y f(x)来类比所谓Vt就是要寻找一个x0使得f(x0)等于某个约定的y0此时的x0就是Vt。
在直角坐标系里把这个函数画出来差不多就是 X轴是VgY轴是Id当IdIt时Vg-Id曲线对应的Vg就是Vt。上面是MOS管的阈值电压而闪存的阈值电压基本也是一样的定义。唯一不同的点是闪存的Vt并不固定通过控制闪存单元存储电荷我们可以实现对闪存Vt的调节这种调节也恰恰是闪存能够编程或者擦除的基础。
2.概念深入 闪存按电荷的控制目前分两大阵营浮栅(floating gate)和电荷捕获(Charge Trap)我们现在所用的3D NAND大部分都是用电荷捕获结构实现的这个细节可以以后再说。本文仅以浮栅技术为例(比较好画图)其单元截面图可以画成 浮栅层的材料是可导电的多晶硅电势较低可以储存电子。如果浮栅中电子较多相当于对栅极电压(Vg)做了一定的屏蔽那么栅极电压需要首先抵消浮栅的屏蔽然后才能获得漏极电流。相应的Vg-Id曲线就会向右平移阈值电压就增加了反之当我们减少浮栅中的电子甚至抽取过量电子以形成空穴则可以让Vg-Id曲线向左平移相应的阈值电压就会降低
作为集成电路基础的MOS器件其特性尤其是Vt对数字电路和模拟电路都非常重要。只是数字电路从功能设计上可以相对简单的设置极端Vg值让Vg远大于Vt或者Vg远小于Vt来输出逻辑1和0。而对闪存来说我们可以精确控制Vt以实现SLCMLCTLC等等具体内容等介绍完Vt概念以后再展开。
以SLC为例我们通常定义Vt低时为擦除态Vt高时为编程态。能够区分存储单元晶体管的Vt高低就能够知道单元中被存储的数据。相应的稳定的Vt才能够保证稳定的数据存储。那么怎么才能够区分存储单元中的Vt的高低状态呢我们就需要引入Vt分布的概念这个会在我们这个系列的下一篇文章中介绍。 总结
在一些特殊应用里MOS管会有更多需要考虑电压及电流的节点如果后面有碰到再做介绍。(2)约定不变不代表不可以改变。在一些情况下我们也可以改变Vd和It的来改变Vt
