应用

物联网应用(嵌入式闪存)

物联网 (IoT) 简介

物联网 (IoT)，有时也被称为万物互联 (IoE)，可以被视为一种超越机器对机器 (M2M) 通信的高度智能化应用，涵盖多种协议、领域和应用。基本上，物联网包含微控制器 (MCU)（ALU + RAM + 嵌入式闪存）、连接和传感器 (MEMS)，如图 1 所示。一些研究报告预测，未来物联网将在机器对机器通信、支付系统、交通运输、产品制造、库存管理、机械监控、物流运输、畜牧业、节能、智慧城市、智慧建筑、智慧能源、智慧工业、智慧金融和智慧医疗等领域得到广泛应用。近期发表的研究文章估计，到 2025 年，将有 1000 亿台设备作为物联网设备连接到互联网。

物联网设备需要感知信息、连接互联网、分析因素、管理元素和存储数据，因此需要大量的集成电路 (IC) 和组件来满足特定的需求和严格的规范。基本上，低功耗、小尺寸和成本效益是物联网设备的“必备”要素。因此，物联网设备中的所有组件都应朝着低功耗、小尺寸和低成本的方向发展。

高度整合的物联网应用系统单芯片（SOC）

一般而言，其他商用闪存技术需要额外增加11至12层光罩来实现嵌入式闪存方案，而SilvoFlashᵀᴹ仅需根据制程平台额外增加5至6层光罩。高度整合的微控制器单元（MCU）也有助于降低芯片封装、测试、电容、电感等方面的成本。因此，物联网中嵌入式闪存的需求必须符合低功耗、小面积及低成本的要求。

物联网内存 NOR Flash 解决方案：SilvoFlashᵀᴹ 的优势

․ 降低功耗：

高效能的嵌入式 Flash（SilvoFlashᵀᴹ）可降低 MCU 电源电压（Vdd），从而有效减少功耗。

․ 减小系统体积：

SilvoFlashᵀᴹ 使 MCU 能以单颗电池运作，取代使用两颗 1.5V 电池，进而缩小整体系统面积。

․ 降低成本：

一般而言，其他商用闪存技术需要额外 11~12 层屏蔽层来实现嵌入式闪存方案，而 SilvoFlashᵀᴹ 仅需额外 5~6 层屏蔽层，视制程平台而定。高度整合的微控制器（MCU）也有助于降低芯片封装、测试、电容、电感等方面的成本。

因此，物联网中对嵌入式闪存（eFlash）的需求必须符合低功耗、小面积及低成本。

SilvoFlashᵀᴹ 技术

SilvoFlashᵀᴹ 意指「单一低电压闪存」，其结构由3D分割闸极Nor闪存、隧穿氧化层、浮动闸极、闸极间介电层及控制闸极依序沉积于基板上，如图表4所示。SilvoFlashᵀᴹ 的每个闪存单元以五个端子操作，分别为共享源极（CS）、汲极（BL）、控制闸极（CG）、字线（WL）及抹除多晶硅（EP)。两个闪存单元共享相同的控制栅极（CG）和选择栅极（CS），以减小位单元的尺寸。在对闪存装置执行程序写入或抹除操作时，会对源区、汲区及控制栅极施加适当的电压，使电子注入多晶硅浮动栅极或从多晶硅浮动栅极中抽出电子。

SilvoFlashᵀᴹ 单元仅需单一低电压 Vdd 输入，为 1.2V（低功耗，LP）或 0.9V（超低功耗，ULP）。在读取时只需 1.2V Vdd，无需任何升压或电荷泵电路。SilvoFlashᵀᴹ 采用源极侧注入进行程序写入，并以 FN 方式进行擦除；写入与擦除机制使 SilvoFlashᵀᴹ 具备高耐久度（超过 10 万次循环）及高资料保存性（在 -40°C 至 85°C 范围内可保存超过 10 年，下一阶段目标为 -40°C 至 125°C）。

SilvoFlashᵀᴹ 宏电路 IP 设计

为满足物联网应用中嵌入式闪存的需求，SilvoFlashᵀᴹ 宏设计考虑了低功耗、低电压供应、小体积、低成本、快速启动时间及安全数据储存。SilvoFlashᵀᴹ 的宏区块如图表5所示。

․ 读取模式：

为了在读取模式中区分闪存单元的「开启（ON）」或「关闭（OFF）」状态，单元的参考阈值电压（Vt）设定为0，如图表6所示。使用SilvoFlashᵀᴹ单元时，读取时的偏压条件仅需Vdd，无需任何升压或电荷泵电路。

‧ 编程及擦除模式：

SilvoFlashᵀᴹ 具有高闸极耦合比（GCR），有助于提升编程与擦除的效率，从而降低操作电压。为了使 SilvoFlashᵀᴹ 的操作电压低于7V，电路中采用了正负偏压电压，这也大幅节省了功率与能量。

SilvoFlashᵀᴹ — 理想的物联网应用闪存