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发布日期:2025-06-03 13:27:29 浏览次数:

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  在高性能计算、边缘物联网、人工智能和云计算等应用领域,要确保先进SoC设计的安全性与正确配置,一次性可编程(OTP)非易失性内存(NVM)至关重要。随着这些技术朝着先进FinFET节点发展,OTP NVM的重要性愈发显著。OTP内存可安全存储数据、敏感程序代码、产品信息以及用于身份验证的加密密钥。先进FinFET节点的设计、掩模和晶圆成本急剧攀升(图1),使得一次性流片成功比以往任何时候都更为重要,而IP可靠性正是实现该目标的关键所在。新思科技OTP NVM IP解决方案专为7nm及以下工艺打造,能在各种工艺、电压和温度(PVT)条件下安全可靠地运行,是确保一次性流片成功的关键因素。

  反熔丝OTP由大量OTP存储单元组成阵列,每个存储单元均由CMOS晶体管构成。在反熔丝OTP中,未编程的存储单元代表逻辑0,已编程的存储单元代表逻辑1。OTP刚生产出来时,所有存储单元都处于未编程状态,即逻辑0状态。对反熔丝OTP进行编程时,需要向编程的位置(目标存储单元)施加高电压。高电压会使氧化层击穿,在其中形成微通道。事实上微通道目的在于构成OTP 存储单元的晶体管在栅极与衬底之间形成短路。微通道允许电流能在晶体管的栅极和衬底之间导通,并且该电流可测量。读取OTP时,需测量栅极漏电流,以确定存储单元是已编程(逻辑1)还是未编程(逻辑0)。该过程需要使用高于核心供电电压(core voltage)的稳定电压,以便在位线上获得足够的电流,从而可靠地读取数据。

  存储单元设计是可靠性的基础。编程时形成的微通道质量取决于氧化层的击穿程度,而这又与存储单元面积相关。如果面积过小,击穿氧化层、形成微通道就会非常困难,进而导致编程失败。面积过大的话,编程时氧化层可能多处断裂。弱击穿(击穿不足)会导致微通道形成不完全,强击穿则会产生多条能传导电流的微通道。弱击穿形成的微通道不完全,可能无法传导足够大的电流。随着时间推移,这些存储单元可能会像未编程的存储单元一样,这种现象被称为“烘烤失效”。在存储单元较大的OTP中,未编程位置因尺寸问题可能会出现较高漏电流,影响存储阵列的“空白良率”,也就是生产后首次测试时处于逻辑0状态的位数占比。因此,必须仔细选择存储单元面积,以便优化编程时微通道的形成,防止“烘烤失效”,确保编程性能可靠。