智能卡存儲單元EEPROM、Flash和FRAM之間的性能比較

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：上海貝嶺股份有限公司 劉鷹   人氣： 發表時間：2011年09月18日

    半導體存儲器可分為揮發性存儲器和非揮發性存儲器兩類，前者在掉電后會失去記憶的數據，后者即使在切斷電源也可以保持數據。揮發性存儲器又可分為 DRAM和SRAM。而ROM則是非揮發性存儲器，ROM在類型上根據用戶是否可以寫入數據而分為兩類，一類是用戶可以寫入的ROM，另一類是制造商在加工過程中寫入的被稱為MASK ROM。在可以寫入的ROM中按寫入方式分為O TP ROM（One Time Programmable ROM）、EPROM（Erasable Programmable ROM）、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、flash memory和FRAM(Ferroelectric RAM)等。

    作為智能卡存儲單元的非揮發性存儲器主要包括電可改寫可編程只讀存儲器 EEPROM、快閃存儲器Flash memory以及鐵電存儲器FRAM。

    EEPROM是最典型的電可改寫非揮發性存儲器，是80年代以來發展起來的一種非揮發性半導體存儲器，它具有電可編程、可擦/寫、使用靈活等優點。EEPROM的工藝基礎是CMOS工藝，隨著CMOS工藝向亞微米發展，EEPROM的集成度在不斷提高。

    Flash Memory和FRAM都屬于新一代非揮發性存儲器，Flash Memory是1987年提出來的，它是EEPROM走向成熟和半導體技術發展到亞微米技術以及大容量電可擦寫存儲器需求的產物，而FRAM則是在七十年代就有了關鍵技術的突破，直至九十年代才邁入產業化階段。它是將鐵電薄膜用于記憶數據的電容存儲器，由于在存儲單元上采用了鐵電薄膜，FRAM具有高速、高頻度的重寫、低功耗以及非揮發性等優點。此外，FRAM可以在低電壓條件下完成讀出/寫入的動作，尤其適合用于要求低功耗的智能卡以及攜帶式設備。

一． Flash Memory和EEPROM的性能對比：

    Flash memory和EEPROM都是電可擦寫可編程的存儲器，它們的原理是將數據以電荷的形式儲存在浮柵電極上。與EEPROM相比，Flash在集成度方面有無可比擬的優越性。由于Flash Memory 采用單管單元，可以做到很高的集成度，它的單元面積僅為常規EEPROM的1/4。

    Flash Memory單元的編程方法主要有兩種：溝道熱電子注入（CHE）和隧道效應（Fowler-Nordheim）。溝道熱電子注入（CHE）是目前Flash Memory使用最為廣泛的編程方式。溝道熱電子注入CHE的編程時間為微秒數量級，而隧道效應（Fowler-Nordheim）編程時間則通常為毫秒數量級。而EEPROM的編程方式是隧道效應。因此，Flash memory編程時間要比EEPROM快。

下表給出了 Flash Memory和EEPROM的性能對比：

	耐久性	密度	單元中 晶體管數	充電 機理	放電 機理	編程 復雜度	擦寫
EEPROM	好	中	雙	隧道 效應	隧道 效應	簡單	寫入時 自動擦除
Flash	良好	高	單	電子 效應	隧道 效應	復雜	字組 擦除

二． FRAM與EEPROM、Flash memory的性能比較：

FRAM存儲單元的基本原理是鐵電效應，是應用鐵電薄膜的自發性極化形式儲存的鐵電存儲器件，由于FRAM通過外部電場控制鐵電電容器的自發性極化，與通過熱電子注入或隧道效應而完成寫入動作的EEPROM以及Flash memory相比，FRAM具有寫入速度快（為EEPROM、Flash的1000倍以上），因為它在擦寫時不需要高壓，因此寫入時的功耗大為降低（為EEPROM、Flash的1/1000 — 1/100000），尤其適合用于非接觸卡或雙界面卡等低功耗的應用場合。另外，由于不需要使用隧道氧化膜，其數據的重寫次數，與flash memory和EEPROM相比也大大提高（EEPROM或flash 為10 5 — 10 6 ，FRAM可以達到10 12 以上）。

下表給出了 FRAM 和Flash Memory、EEPROM的性能對比：

技術類型	FRAM	EEPROM	Flash memory
數據儲存	10年	10年	10年
單元結構	2T/2C、1T/1C	2T	1T
單元大小	中等	中等	小
寫入電壓	2 — 5V	12--18V	10--12V
重寫次數	10 10 --10 12	10 5 — 10 6	10 5 — 10 6
平均功耗	低	中等	中等