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Nand Flash学习笔记4-还是Read Disturb

1. 概述:

            最近看到一篇关于1Xnm 2D TLC read disturb特性介绍,虽然年代略久远,当前2D TLC也不主流,但是原理差异不大,对研发很有帮助。             以下实验的nand flash为1xnm TLC。             具体read disturb原理,可以参考之前的文章: https://blog.csdn.net/ibanezjem/article/details/78914785?spm=1001.2014.3001.5501  

2. Read disturb & data retention:

    2.1 Data retention

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                            图2.1 200PECS block,在85℃,retention 14天的Vth分布情况

               从图1.1看到,Vth整体左移,主要原因是浮栅电子流失。  

    2.2 Read disturb

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                        图2.2 1PECS block,在遍历全部WL读1次和读100K次,Vth情况

                  从图1.2看到,100K cycles读操作后,可以看到处于低电平cells的Vth会向右偏移(原因为读导致的弱编程),为高电平的cells的向左偏移(电子从IPD流失到控制栅)。  

    2.3 对比

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                                          图2.3 read和retention对Vref(读最优测量电压)的影响

                      图1.3对应2.1和2.2章节的结论。     

    2.4 总结:

           Data retention主要造成Vth左移;read disturb影响:weak-program对低电平的cells造成往右偏移;高电平的cells由于电子流失造成Vth左移。     

3. Edge WL:

            Edge WL,本文指的是WL0和WL85,靠近drain select-line和source select-line的WL。  

    3.1 出错机理

            由于靠近select-line,channel电场提高,从而使得更多的热电子进入浮栅,导致出错率更高(至于为什么会影响channel,需要继续研究)。  

    3.2 出错现象

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                                  图3.1 (a)不同WL在多次整块读后BER情况 (b)NAND的结构

              可以看到,WL0和WL85,在经过多次读操作后,出错比特比率明显比其它WL要高。  

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                                           图3.2 多次整块读后,WLs的最优Vref

                  图3.2显示edge WL收到read disturb的影响比其它WLs更大。  

    3.3 总结

            由于一个block中,只要有一条WL超过ECC纠错能力,那么这个block就是一个bad block了。根据木桶效应,edge WLs某种程度决定了这个block对read disturb耐受程度的下限。             有部分nand flash,在临近select-line的位置,使用SLC mode or MLC mode来规避此问题。  

4. 读指定WL的影响

            之前实验是,对block内所有的page遍历进行读操作,现在只选择一条WL的进行读,分析读指定WL对其它WLs的影响。(本次指定WL读一圈,实际上是读86次)     

    4.1 指定WL读操作影响

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                                                    图4.1 重复读不同WL后,各WL的BER情况

            从图4.1看到,read disturb主要影响那些与被读WL相邻的WLs。  

    4.2 影响机理

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                                                                      图4.2 read disturb影响机理

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                                                                                    图4.3 cell结构

         图4.2 处于目标WL右边的WL(n+1), 在读操作的时候,channel电压收到Vread影响而提高,在水平高电场和垂直高电场的影响,热电子进入WL(n+1)的浮栅。            处于目标WL左边的WL(n-1), CG上的Vread会更高(具体原因不清楚,后续后空研究),从而造成有电子进入WL(n-1)的浮栅。     

5. Read disturb对page的影响

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                                                                        图5.1 read disturb对lower、middle、upper page的影响                                            

          上图是read disturb对一条WL中三个page的影响,一条WL的编码情况请见上图a,由于read disturb对Vth低的影响较大,对应的lower page和middle page的编码位置,从b、c、d、e、f图可以看到,lower page影响最大,middle page和upper page影响差不多(“G” state的左偏影响upper page)。  

6. 总结

       本文基于1xnm NAND flash进行分析,如果flash架构调整了,或者WL中编码不一样,得到的read disturb特性也会不一样。本文章提供了很好的分析方法,得到的数据对FW的处理很有帮助。        有疏漏的地方请提出,谢谢。          

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