NandFlash的电压控制方法及非易失性存储器与流程

本发明实施例涉及存储设备硬件技术领域，尤其涉及一种nandflash的电压控制方法及非易失性存储器。

背景技术：

nandflash是flash内存的一种，属于非易失性存储设备(non-volatilememorydevice)，其内部采用非线性宏单元模式，具有容量大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储。nandflash的存储单元阵列是基于每个存储单元的字线和位线排列而成，具体的，存储单元首先分别以字线、位线连接组成页，又由多个页组成块，最终由多个块组成一个存储单元阵列。图1为nandflash的存储单元的结构示意图。如图1所示，在进行擦除操作时，会在选中的存储单元阵列的衬底上加高压，在控制栅极上加0v，并保持源极和漏极浮空，这样衬底和浮动栅极之间会形成高的电场强度，当电场强度达到隧道击穿的强度时，浮动栅极上的电子会由于隧穿效应泄放到衬底上，使该存储单元会从编程状态转变为擦除状态。

对于选中存储单元阵列进行擦除操作时，是以存储单元阵列中的擦除块(block)为单位进行的，一次擦除操作中要给衬底施加擦除脉冲，重复充电和放电的过程，直到充电的电压满足擦除条件。由于擦除块中的每个存储单元的衬底是共用的，其电容非常大，给衬底充放电的过程使得擦除操作的功耗很高。

技术实现要素：

本发明提供了一种nandflash的电压控制方法及非易失性存储器，以实现降低擦除操作中的功耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种nandflash的电压控制方法，包括：

监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，将所述第一衬底中的电荷共享至非选中存储单元阵列的第二衬底，使所述第二衬底获得第一电压；

监测到开始对所述第一衬底充电时，基于所述第一电压对所述第一衬底充电，使所述第一衬底获得第二电压；

根据所述第二电压将所述第一衬底充电至目标电压。

进一步的，所述将所述第一衬底中的电荷共享至非选中存储单元阵列的第二衬底，包括：

接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行电荷共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定；

断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接，并将所述第一衬底放电到地。

进一步的，所述基于所述第一电压对所述第一衬底充电，包括：

接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行所述第一电压中电荷的共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定；

断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接。

进一步的，所述在所述第二电压的基础上将所述第一衬底充电至目标电压，包括：

控制电源以确定的充电电压值对所述第一衬底充电，所述充电电压值为第二电压与所述目标电压的差值。

进一步的，在监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电之前，还包括：

控制电源对所述第一衬底充电至初始电压，以使所述第一衬底由所述初始电压开始放电。

进一步的，所述目标电压为所述初始电压与设定电压增量值的和。

进一步的，在根据所述第二电压将所述第一衬底充电至目标电压之后，还包括：

若通过擦除状态的检测，则将所述第一衬底和所述第二衬底放电到地。

第二方面，本发明实施例提供了一种非易失性存储器，包括：电压控制装置，其中，所述电压控制装置包括：

电荷共享模块，用于监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，将所述第一衬底中的电荷共享至非选中存储单元阵列的第二衬底，使所述第二衬底获得第一电压；

第一充电模块，用于监测到开始对所述第一衬底充电时，基于所述第一电压对所述第一衬底充电，使所述第一衬底获得第二电压；

第二充电模块，用于根据所述第二电压将所述第一衬底充电至目标电压。

进一步的，所述电荷共享模块，具体用于：

接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行电荷共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定；

断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接，并将所述第一衬底放电到地。

进一步的，所述第一充电模块，具体用于：

接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行所述第一电压中电荷的共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定；

断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接。

本发明实施例提供了一种nandflash的电压控制方法及非易失性存储器，该方法包括：监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，将所述第一衬底中的电荷共享至非选中存储单元阵列的第二衬底，使所述第二衬底获得第一电压；监测到开始对所述第一衬底充电时，基于所述第一电压对所述第一衬底充电，使所述第一衬底获得第二电压；在所述第二电压的基础上将所述第一衬底充电至目标电压。通过上述技术方案，将第一衬底放电的电荷共享至第二衬底，利用第二衬底中存储的电荷给第一衬底充电，实现了放电电荷的重复利用，降低擦除操作中充放电的功耗。

附图说明

图1为nandflash的存储单元的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种nandflash的电压控制方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种nandflash的电压控制方法的流程图；

图4为本发明实施例二中的nandflash的电压控制方法的原理图；

图5为本发明实施例二中的nandflash的电压控制过程的信号时序图；

图6为本发明实施例三提供的一种电压控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的一种nandflash的电压控制方法的流程图，本实施例可适用于对nandflash中的存储单元阵列进行擦除操作时，对衬底充电和放电的电压进行控制的情况。具体的，该电压控制方法可以由电压控制装置执行，该电压控制装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并集成在非易失性存储器中。

参考图2，该方法具体包括如下步骤：

s110、监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，将所述第一衬底中的电荷共享至非选中存储单元阵列的第二衬底，使所述第二衬底获得第一电压。

具体的，nandflash中的每个存储单元阵列都对应于一个衬底，对于选中存储单元阵列进行擦除操作时，要对其对应的第一衬底重复充电和放电的过程，每次充电的目标电压以一定的步进值递增，直到满足擦除条件，放电结束后完成擦除操作。擦除操作中，给第一衬底充电的过程即给第一衬底施加高压，在对应的控制栅极施加0v，形成高的电场强度以实现擦除操作；而对于选中存储单元阵列中不需要擦除的擦除块，将其对应的栅极浮空，使栅极的电压随第一衬底的电压一起变化，不存在电场强度；对于非选中存储单元阵列对应的第二衬底不施加高压，从而这些擦除块以及非选中存储单元阵列不会被擦除。

当监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，选用至少一个非选中存储单元阵列的第二衬底用于暂时存储第一衬底的放电电荷，待下次第一衬底需要充电时重复利用。具体过程为，检测到第一衬底放电时，接通第一衬底和第二衬底，此时第一衬底的电压高于第二衬底，第一衬底中的电荷向第二衬底移动，从而将第一衬底的电荷共享至第二衬底暂时存储。需要说明的是，当第一衬底与第二衬底之间的电荷共享达到稳定状态后，电荷不再移动。由于两衬底的电容基本相同，第二衬底获取了部分第一衬底放电的电荷，第二衬底上升到第一电压。此时，把第一衬底中剩余的部分电荷放掉，完成一次对第一衬底的放电，而第二衬底此时处于浮空状态，其中的电荷会保存住，用于下一次对第一衬底充电。

s120、监测到开始对所述第一衬底充电时，基于所述第一电压对所述第一衬底充电，使所述第一衬底获得第二电压

具体的，当第一衬底放电完成后，会检测当前的擦除状态，如果还未实现擦除，则会继续下一次充电过程，且下一次充电的目标电压高于此次放电之前的电压。监测到开始对所述第一衬底充电时，第一衬底的电压为0v，而第二衬底的电压为第一电压，此时接通第一衬底与第二衬底，利用第二衬底中暂时存储的电荷给第一衬底充电，即重复利用第一衬底放掉的电荷对第一衬底充电，使第一衬底获得第二电压，从而提高放电电荷的利用率，减少对电源的消耗。

s130、根据所述第二电压将所述第一衬底充电至目标电压。

具体的，第二电压来自于第一衬底放电的部分电荷，而目标电压又高于第一衬底放电之前的电压，即第二电压距离目标电压有一定的差距。此时，通过电源继续对第一衬底充电，直到第一衬底达到目标电压，至此完成了第一衬底的一次放电和充电。

需要说明的是，由于两衬底之间电荷共享的时间远远小于通过电源给第一衬底充电的时间，因此，利用第二衬底中存储的电荷对第一衬底充电，还可以减少充电时间，提高擦除操作的速度。

本发明实施例一提供的一种nandflash的电压控制方法，通过将第一衬底放电的电荷共享至第二衬底，并重复利用第二衬底中暂时存储的电荷给第一衬底充电，实现了放电电荷的重复利用，减少电源的消耗，从而降低擦除操作中充放电的功耗。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种nandflash的电压控制方法的流程图。本实施例在上述实施例的基础上进行优化，对电荷共享的过程以及基于第一电压对第一衬底充电的过程进行具体描述。需要说明的是，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述任意实施例。

具体的，参考图2，该方法具体包括如下步骤：

s210、控制电源对所述第一衬底充电至初始电压，以使所述第一衬底由所述初始电压开始放电。

具体的，所述电源为电荷泵(chargepump)。在擦除操作中，选中存储单元阵列的第一衬底的初始电压由电源提供，后续的充电由第二衬底中存储的电荷和电源共同提供，具体为先利用第二衬底中存储的电荷给第一衬底充电，再利用电源将第一衬底充电至目标电压。

s220、监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行电荷共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定。

具体的，在nandflash中，选中存储单元阵列与非选中存储单元阵列之间的mos管等电子元器件可以实现开关的作用，用于接通第一衬底与第二衬底进行电荷共享，电荷稳定后，第一衬底与第二衬底具有相同的电压。

s230、断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接。

具体的，第二衬底获得第一电压后，断开第一衬底与第二衬底的连接，停止电荷共享，隔离第一衬底与第二衬底，便于第一衬底继续放电。

s240、将所述第一衬底放电到地。

具体的，将所述第一衬底放电到地，以将第一衬底剩余的电荷放电，从而完成一次充电和放电的过程，继续监测下一次充电。

s250、监测到开始对所述第一衬底充电时，接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行所述第一电压中电荷的共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定

具体的，监测到开始对所述第一衬底充电时，利用mos管、开关管等电子元器件接通第一衬底与第二衬底，进行电荷共享，使第二衬底中存储的电荷向第一衬底移动，电荷稳定后，第一衬底与第二衬底具有相同的电压。

s260、断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接。

具体的，第一衬底获得第二电压后，断开连接，隔离第一衬底与第二衬底，以便继续对第一衬底充电。

s270、控制电源以确定的充电电压对所述第一衬底充电，所述充电电压为第二电压与所述目标电压的差值。

具体的，控制电源对第一衬底充电，充电的电压为第二电压与所述目标电压的差值，以使第一衬底在所述第二电压的基础上上升至目标电压。

进一步的，所述目标电压为所述初始电压与设定电压增量值的和。

具体的，每次充电的目标电压是以设定的步进值递增的。示例性的，第一衬底的初始电压为u0，则第一衬底由u0放电之后再充电时的目标电压为u1＝u0 u’，且u1是由第二衬底的第一电压和电源的充电电压组成；第一衬底由u1放电之后再充电时的目标电压为u2＝u0 2·u’，由u2放电之后再充电时的目标电压为u3＝u0 3·u’，以此类推，直至目标电压满足擦除操作的预设电压。通过此方法充电至目标电压，可逐步改变浮动栅极的阈值电压，使擦除块中的存储单元逐渐达到擦除状态，减弱擦除过程中产生电荷陷阱的效应，增加nandflash的擦除次数，延长使用寿命。

s280、是否通过擦除状态的检测，若是，则执行步骤s290；若否，则返回执行步骤s220。

s290、将所述第一衬底和所述第二衬底放电到地。

具体的，若通过擦除状态的检测，则无需再进行电荷共享和充电，将第一衬底和第二衬底放电到地，完成一次擦除操作。

图4为本发明实施例二中的nandflash的电压控制方法的原理图。为便于理解，本实施例将第一衬底(cw0)和第二衬底(cw1)都等效为电容c_cw，将nandflash中用以接通第一衬底和第二衬底、以及用于将衬底放电到地(电压为vss)的mos管、开关管等电子器件等效为开关(s0-s3)，对电压控制方法的原理进行说明。如图4所示，s0为第一衬底充电的开关，s1为第一衬底放电的开关，s2为第一衬底与第二衬底的连接开关，s3为第二衬底放电的开关。

图5为本发明实施例二中的nandflash的电压控制过程的信号时序图。图5示出了第一衬底与第二衬底的电压变化以及s0-s3的接开关状态。

参照图4和图5，擦除操作由t0时刻开始，首先接通s0，断开s1-s3，通过电荷泵(用pump表示)给第一衬底充电，将第一衬底充电至初始电压vera；

在t1时刻监测到开始对第一衬底放电，此时断开s0，接通s2，使第一衬底与第二衬底相连进行电荷共享，使第二衬底获得第一电压v0，且第一衬底与第二衬底的电压相同；

电荷共享稳定后，断开s2，断开第一衬底与第二衬底的连接，同时接通s1，将第一衬底中剩余的电荷放电到地；

在t2时刻监测到开始对第一衬底放电，此时断开s1，接通s2，使第一衬底与第二衬底相连，利用第二衬底中存储的电荷(第一电压v0)给第一衬底充电，直至两衬底之间的电荷稳定，第一衬底获得第二电压v1。此过程中，第二衬底由v0下降至v1，第一衬底由vss上升至v1；

电荷稳定后，断开s2，断开第一衬底与第二衬底的连接，同时接通s0，利用电荷泵继续给第一衬底充电，将第一衬底充电至目标电压vera dvera。

进一步的，若目标电压不满足擦除操作的预设电压，则重复上述除将第一衬底充电至初始电压vera以外的过程，继续监测第一衬底的放电，并将第一衬底的放电电荷存储至第二衬底以实现放电电荷的重复利用(如t3-t5时刻所示)；若该目标电压满足擦除操作的预设电压，则在擦除之后，将第一衬底和第二衬底都放电到地，完成擦除操作。需要说明的是，若该目标电压满足擦除操作的预设电压，可以直接将第一衬底和第二衬底都放电到地，也可以在将第一衬底的电荷共享至第二衬底、且第一衬底放电结束后(如t6时刻所示)，再将第二衬底放电到地，完成擦除操作的电压控制过程。

需要说明的是，第一衬底由vera到vera dvera的过程中，vss到v1这部分的电压是重复利用第一衬底的放电电荷得到的，v1到vera dvera的电压才是由电源充电得到的；同理，由vera dvera到vera 2*dvera的过程中，也有部分电压(vss到v3)是重复利用第一衬底的放电电荷得到的，从而减少电源的消耗、降低擦除操作中充放电的功耗。

需要说明的是，上述的等效原理图和时序图仅为示例性的说明，在应用中可以根据实际情况调整。例如，在监测到开始对第一衬底放电时，不限定断开s0和接通s2的先后顺序；又如，可以将第一衬底需要放电的全部电荷与第二衬底共享，之后再将剩余的电荷放电，也可以只将第一衬底需要放电的部分电荷与第二衬底共享；又如，对衬底放电时不局限于将衬底放电到地的放电方式，也可为将电荷转移至其他电子器件等。所述第二衬底可以为一个或多个，当第二衬底为多个时，利用相应数量的多个等效开关控制第一衬底和第二衬底之间的接通与断开，实现电荷的共享和重复利用即可。

本发明实施例二提供的一种电压控制方法，在上述实施例的基础上进行优化，通过将第一衬底放电的电荷共享至第二衬底，并重复利用第二衬底中暂时存储的电荷给第一衬底充电，实现了放电电荷的重复利用，减少电源的消耗，从而降低擦除操作中充放电的功耗；通过将每次充电的目标电压为所述初始电压与设定电压增量值的和，使擦除块中的存储单元逐渐达到擦除状态，增加nandflash的擦除次数，延长使用寿命。

实施例三

图6为本发明实施例三提供的一种电压控制装置的结构示意图。本实施例提供的电压控制装置包括：

电荷共享模块310，用于监测到开始对所述选中存储单元阵列的第一衬底放电时，将所述第一衬底中的电荷共享至非选中存储单元阵列的第二衬底，使所述第二衬底获得第一电压；

第一充电模块320，用于监测到开始对所述第一衬底充电时，基于所述第一电压对所述第一衬底充电，使所述第一衬底获得第二电压；

第二充电模块330，用于在所述第二电压的基础上将所述第一衬底充电至目标电压。

本发明实施例三提供的一种电压控制装置，通过将第一衬底放电的电荷共享至第二衬底，利用第二衬底中存储的电荷给第一衬底充电，实现了放电电荷的重复利用，降低擦除操作中的充电功耗。

在上述实施例的基础上，所述电荷共享模块310，具体用于：

接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行电荷共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定；

断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接，并将所述第一衬底放电到地。

进一步的，所述第一充电模块320，具体用于：

接通所述第一衬底与所述第二衬底，进行所述第一电压中电荷的共享，直至所述第一衬底与所述第二衬底中的电荷稳定；

断开所述第一衬底与所述第二衬底的连接。

进一步的，所述第二充电模块330，具体用于：

控制电源以确定的充电电压值对所述第一衬底充电，所述充电电压值为第二电压与所述目标电压的差值。

进一步的，所述装置还包括：

初始充电模块，用于控制电源对所述第一衬底充电至初始电压，以使所述第一衬底由所述初始电压开始放电。

进一步的，所述目标电压为所述初始电压与设定电压增量值的和。

进一步的，所述装置还包括：

放电模块，用于若通过擦除状态的检测，则将所述第一衬底和所述第二衬底放电到地。

本发明实施例三提供的电压控制装置可以用于执行上述任意实施例提供的电压控制方法，具备相应的功能和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。