[发明专利]用于存储单元的自适应读写系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年11月6日提交的名称为“用于闪存的自适应读 写系统和方法”(Adaptive Read and Write Systems and Method for Flash Memory)的美国专利申请No.60/864,468以及于2007年4月5日提交的名 称为“用于NV存储器的参数估计”(Parameter Estimation for NV Memory)的美国专利申请No.60/910,325的优先权，它们的全部公开内容 通过引用被整体结合于此以用于所有目的。

技术领域

本发明的实施例涉及数据存储设备领域，并且更具体地涉及向存储单 元(memory cell)存储数据以及从存储单元提取数据。

背景技术

诸如闪存单元之类的存储单元可以通过捕获(trap)例如晶体管的隔 离区中的粒化(granulized)量的电荷来存储数据。在这样的设备中，从存 储单元提取数据通常能够通过向晶体管施加读取电压并且随后估计由该单 元中被捕获的电荷量确定的读出电流来完成。

基本类型的存储单元的一个示例是可以存储1位信息的存储单元。在 这样的存储单元中，存储单元可以保持或者不保持电荷，以便例如当电荷 被存储时指示逻辑1，而在没有电荷被存储时指示逻辑0。

相反，“多电平存储单元”能够通过利用该存储单元保持可变电荷量 或电荷电平的能力来存储不止1位信息。例如，假定在多电平存储单元中 允许被捕获的电荷的最大量为Q。则可以通过存储介于0和Q之间的粒化 量的电荷并且随后在该单元的读出期间估计所存储的电荷量来将不止1位 信息存储在该单元中。因此，通过捕获例如四种电平的电荷：0、Q/3、 2Q/3、Q中的任意一种，2位信息就可以被存储到一个多电平存储单元 中。该捕获电荷的处理可以被称作编程(programming)。

在实践中，利用所期望的电荷量对多电平存储单元进行精确编程通常 是很困难的。实际上，真正被编程的电荷量近似遵循中心位于所期望的电 荷电平处的高斯分布。该分布的方差(variance)可以由编程方法以及存储 单元的物理性质确定。因此，闪存单元的阈值电压分布也是高斯型的。

图1示出一个2位存储单元的4阈值电压分布(这里称为“电平分 布”)。所示的4电平分布与可以被存储在一个存储单元中的4种不同电 平的电荷相关，每种电平分布具有其自己的中间值(mean)和方差。如图 1所示，四种电荷电平(电平0、电平1、电平3和电平4)的交点定义了 三个检测阈值(t1、t2和t3)，也就是说，三个检测阈值(t1、t2和t3) 位于两个相邻电平分布的曲线的相交处。

为了正确地从多电平存储单元中读取数据或者向多电平存储单元写入 数据，应当明白两点：多电平存储单元的电平分布的检测阈值和中间值。 具体地，为了从存储单元中读取数据，检测阈值(例如，t1、t2和t3)可 能是必要的，而为了向存储单元写入数据，电平分布的中间值(例如， m1、m2、m3和m4)可能是必要的。也就是说，检测阈值在多电平存储 单元的读取操作中是必要的，以便判断存储在存储单元中的电荷是处于电 平0、电平1、电平3还是电平4。相反，电平分布的中间值在多电平存储 单元的写操作中是必要的，以便更准确地确定要向存储单元编程的电荷 量。

例如，为了在读取期间判断存储在多电平存储单元中的总电荷是否处 于电平0，应当知道第一检测阈值(t1)的值。通过知道t1的值，我们就 可以简单地判断被存储(或者由于电平0可以是0电荷而没有被存储)在 存储单元中的电荷是否小于t1，从而判断所存储的电荷是否处于电平0。 类似地，为了判断存储在存储单元中的电荷是否处于电平1，我们可以判 断存储在存储单元中的电荷是否介于t1和t2之间。

相反地，为了在写期间确定要向存储单元编程的适当的电荷量，应当 知道电平分布的均值(这里称为“中间值”)。例如，返回参考图1，如 果我们希望将电平1的电荷量存入存储单元中，我们需要知道第二中间值 (m1)，以便正确地对存储单元进行编程。由于m1位于高斯曲线的顶 端，因此通过确定要存储到存储单元中的电荷量m1可以最小化误差。