應用

物聯網應用(嵌入式快閃記憶體)

物聯網 (IoT) 簡介

物聯網 (IoT)，有時也被稱為萬物互聯 (IoE)，可以被視為一種超越機器對機器 (M2M) 通訊的高度智慧化應用，涵蓋多種協定、領域和應用。基本上，物聯網包含微控制器 (MCU)（ALU + RAM + 嵌入式快閃記憶體）、連接和感測器 (MEMS)，如圖 1 所示。一些研究報告預測，未來物聯網將在機器對機器通訊、支付系統、交通運輸、產品製造、庫存管理、機械監控、物流運輸、畜牧業、節能、智慧城市、智慧建築、智慧能源、智慧工業、智慧金融和智慧醫療等領域廣泛應用。近期發表的研究文章估計，到 2025 年，將有 1,000 億台設備作為物聯網設備連接到網路。

物聯網設備需要感知資訊、連接互聯網、分析因素、管理元素和儲存數據，因此需要大量的積體電路 (IC) 和元件來滿足特定的需求和嚴格的規格。基本上，低功耗、小尺寸和成本效益是物聯網設備的「必備」要素。因此，物聯網設備中的所有組件都應朝著低功耗、小尺寸和低成本的方向發展。

高度整合的物聯網應用系統單晶片（SOC）

一般而言，其他商用快閃記憶體技術需要額外增加11至12層光罩來實現嵌入式快閃記憶體方案，而SilvoFlashᵀᴹ僅需根據製程平台額外增加5至6層光罩。高度整合的微控制器單元（MCU）也有助於降低晶片封裝、測試、電容、电感等方面的成本。因此，物聯網中嵌入式快閃記憶體的需求必須符合低功耗、小面積及低成本的要求。

物聯網記憶體 NOR Flash 解決方案：SilvoFlashᵀᴹ 的優勢

․ 降低功耗：

高效能的嵌入式 Flash（SilvoFlashᵀᴹ）可降低 MCU 電源電壓（Vdd），從而有效減少功耗。

․ 減小系統體積：

SilvoFlashᵀᴹ 使 MCU 能以單顆電池運作，取代使用兩顆 1.5V 電池，進而縮小整體系統面積。

․ 降低成本：

一般而言，其他商用快閃記憶體技術需要額外 11~12 層遮罩層來實現嵌入式快閃記憶體方案，而 SilvoFlashᵀᴹ 僅需額外 5~6 層遮罩層，視製程平台而定。高度整合的微控制器（MCU）也有助於降低晶片封裝、測試、電容、电感等方面的成本。

因此，物聯網中對嵌入式快閃記憶體（eFlash）的需求必須符合低功耗、小面積及低成本。

SilvoFlashᵀᴹ 技術

SilvoFlashᵀᴹ 意指「單一低電壓快閃記憶體」，其結構由3D分割閘極Nor快閃記憶體、隧穿氧化層、浮動閘極、閘極間介電層及控制閘極依序沉積於基板上，如圖表4所示。SilvoFlashᵀᴹ 的每個快閃記憶體單元以五個端子操作，分別為共用源極（CS）、汲極（BL）、控制閘極（CG）、字線（WL）及抹除多晶矽（EP)。兩個快閃記憶體單元共用相同的控制柵極（CG）和選擇柵極（CS），以減小位元單元的尺寸。在對快閃記憶體裝置執行程式寫入或抹除操作時，會對源區、汲區及控制柵極施加適當的電壓，使電子注入多晶矽浮動柵極或從多晶矽浮動柵極中抽出電子。

SilvoFlashᵀᴹ 單元僅需單一低電壓 Vdd 輸入，為 1.2V（低功耗，LP）或 0.9V（超低功耗，ULP）。在讀取時只需 1.2V Vdd，無需任何升壓或電荷泵電路。SilvoFlashᵀᴹ 採用源極側注入進行程式寫入，並以 FN 方式進行擦除；寫入與擦除機制使 SilvoFlashᵀᴹ 具備高耐久度（超過 10 萬次循環）及高資料保存性（在 -40°C 至 85°C 範圍內可保存超過 10 年，下一階段目標為 -40°C 至 125°C）。

SilvoFlashᵀᴹ 巨集電路 IP 設計

為滿足物聯網應用中嵌入式快閃記憶體的需求，SilvoFlashᵀᴹ 巨集設計考慮了低功耗、低電壓供應、小體積、低成本、快速啟動時間及安全資料儲存。SilvoFlashᵀᴹ 的巨集區塊如圖表5所示。

․ 讀取模式：

為了在讀取模式中區分快閃記憶體單元的「開啟（ON）」或「關閉（OFF）」狀態，單元的參考閾值電壓（Vt）設定為0，如圖表6所示。使用SilvoFlashᵀᴹ單元時，讀取時的偏壓條件僅需Vdd，無需任何升壓或電荷泵電路。

‧ 編程及擦除模式：

SilvoFlashᵀᴹ 具有高閘極耦合比（GCR），有助於提升編程與擦除的效率，從而降低操作電壓。為了使 SilvoFlashᵀᴹ 的操作電壓低於7V，電路中採用了正負偏壓電壓，這也大幅節省了功率與能量。

SilvoFlashᵀᴹ — 理想的物聯網應用快閃記憶體