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在电子产品中、SOC(System On Chip,片上系统)或者ASIC设计中,经常需要小容量(几十比特数到几K比特数)的NVM(Non-Volatile Memory,非挥发性存储器),但是传统的NVM由于需要多层多晶硅来形成浮栅器件,其制造生产相对于标准CMOS工艺来说,需要额外的光罩和工艺步骤,不但工艺复杂而且生产成本高,不利于系统集成;并且擦写时因为需要15V左右的高压,从而导致功耗较高,在低功耗、低成本的应用场合(如RFID)并不适用。本文主要研究基于标准CMOS工艺的纯逻辑非挥发性存储器。本文针对UHF RFID应用,创新性地采用标准CMOS工艺设计出纯逻辑非挥发性存储器,也称为MTP(本文把研究对象称为MTP);并提出相应的存储阵列。本文采用两个栅极对接的MOS电容来模拟浮栅结构,存储信息。两个对接的MOS电容栅极面积一大一小,栅极面积大的就相当于控制栅电容(类似于Flash和EEPROM的控制栅),控制栅电容可以用来控制浮栅中的电压大小,以便形成产生FN遂穿效应所需的电场;浮栅中电荷的俘获和移除通过遂穿效应来完成。另外,本文还创新性地采用新型的电荷泵系统,引进快慢时钟的方法分两步爬坡的形式来完成高压的抬升,拉长整体升压时间,降低编程功耗;此外,为了减少功耗,采用电容分压的形式来检测电压;采用全PMOS设计出新型的倍压器,降低了传输过程中的电荷损失,采用四相位时钟进行逻辑控制来防止PMOS管反向漏电,使得倍压器在低至1V的情况下效率仍达到60%以上,使得MTP存储器能在低电压下编程成功。本文使用Spectre工具进行电路的设计,使用Hspice和Spectre进行电路仿真;仿真结果表明,本文设计的MTP存储器最小读电压为1V,功耗在1uW左右;最小编程电压为1.3左右,相应的功耗为15uW左右,相对于传统EEPROM来说,优势非常明显。