智能卡存储单元EEPROM、Flash和FRAM之间的性能比较

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：上海贝岭股份有限公司 刘鹰   人气： 发表时间：2011年09月18日

    半导体存储器可分为挥发性存储器和非挥发性存储器两类，前者在掉电后会失去记忆的数据，后者即使在切断电源也可以保持数据。挥发性存储器又可分为 DRAM和SRAM。而ROM则是非挥发性存储器，ROM在类型上根据用户是否可以写入数据而分为两类，一类是用户可以写入的ROM，另一类是制造商在加工过程中写入的被称为MASK ROM。在可以写入的ROM中按写入方式分为O TP ROM（One Time Programmable ROM）、EPROM（Erasable Programmable ROM）、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、flash memory和FRAM(Ferroelectric RAM)等。

    作为智能卡存储单元的非挥发性存储器主要包括电可改写可编程只读存储器 EEPROM、快闪存储器Flash memory以及铁电存储器FRAM。

    EEPROM是最典型的电可改写非挥发性存储器，是80年代以来发展起来的一种非挥发性半导体存储器，它具有电可编程、可擦/写、使用灵活等优点。EEPROM的工艺基础是CMOS工艺，随着CMOS工艺向亚微米发展，EEPROM的集成度在不断提高。

    Flash Memory和FRAM都属于新一代非挥发性存储器，Flash Memory是1987年提出来的，它是EEPROM走向成熟和半导体技术发展到亚微米技术以及大容量电可擦写存储器需求的产物，而FRAM则是在七十年代就有了关键技术的突破，直至九十年代才迈入产业化阶段。它是将铁电薄膜用于记忆数据的电容存储器，由于在存储单元上采用了铁电薄膜，FRAM具有高速、高频度的重写、低功耗以及非挥发性等优点。此外，FRAM可以在低电压条件下完成读出/写入的动作，尤其适合用于要求低功耗的智能卡以及携带式设备。

一． Flash Memory和EEPROM的性能对比：

    Flash memory和EEPROM都是电可擦写可编程的存储器，它们的原理是将数据以电荷的形式储存在浮栅电极上。与EEPROM相比，Flash在集成度方面有无可比拟的优越性。由于Flash Memory 采用单管单元，可以做到很高的集成度，它的单元面积仅为常规EEPROM的1/4。

    Flash Memory单元的编程方法主要有两种：沟道热电子注入（CHE）和隧道效应（Fowler-Nordheim）。沟道热电子注入（CHE）是目前Flash Memory使用最为广泛的编程方式。沟道热电子注入CHE的编程时间为微秒数量级，而隧道效应（Fowler-Nordheim）编程时间则通常为毫秒数量级。而EEPROM的编程方式是隧道效应。因此，Flash memory编程时间要比EEPROM快。

下表给出了 Flash Memory和EEPROM的性能对比：

	耐久性	密度	单元中 晶体管数	充电 机理	放电 机理	编程 复杂度	擦写
EEPROM	好	中	双	隧道 效应	隧道 效应	简单	写入时 自动擦除
Flash	良好	高	单	电子 效应	隧道 效应	复杂	字组 擦除

二． FRAM与EEPROM、Flash memory的性能比较：

FRAM存储单元的基本原理是铁电效应，是应用铁电薄膜的自发性极化形式储存的铁电存储器件，由于FRAM通过外部电场控制铁电电容器的自发性极化，与通过热电子注入或隧道效应而完成写入动作的EEPROM以及Flash memory相比，FRAM具有写入速度快（为EEPROM、Flash的1000倍以上），因为它在擦写时不需要高压，因此写入时的功耗大为降低（为EEPROM、Flash的1/1000 — 1/100000），尤其适合用于非接触卡或双界面卡等低功耗的应用场合。另外，由于不需要使用隧道氧化膜，其数据的重写次数，与flash memory和EEPROM相比也大大提高（EEPROM或flash 为10 5 — 10 6 ，FRAM可以达到10 12 以上）。

下表给出了 FRAM 和Flash Memory、EEPROM的性能对比：

技术类型	FRAM	EEPROM	Flash memory
数据储存	10年	10年	10年
单元结构	2T/2C、1T/1C	2T	1T
单元大小	中等	中等	小
写入电压	2 — 5V	12--18V	10--12V
重写次数	10 10 --10 12	10 5 — 10 6	10 5 — 10 6
平均功耗	低	中等	中等