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闪存数据保存时间(Nand Flash data Retention)测试方法

发表时间:2018-12-03 发表人:领存兵哥 评论数:0
随着时间的流失,闪存介质中保存的数据会发生保存错误,如上篇文章《闪存误码产生根源分析》中所述,数据保存(Data Retention)发生错误主要是由两种原因造成: 1. Data Retention的错误原因之一是FG的经时击穿TDDB(time dependent dielectric breakdown )导致了低场漏电流变的越来越大,漏电流的变大; 2.Erase和Program的操作

 Data Retention概述 


随着时间的流失,闪存介质中保存的数据会发生保存错误,如上篇文章《闪存误码产生根源分析》中所述,数据保存(Data Retention)发生错误主要是由两种原因造成:


1. Data Retention的错误原因之一是FG的经时击穿TDDB(time dependent dielectric breakdown )导致了低场漏电流变的越来越大,漏电流的变大又导致Cell保存阈值电压转移能力的变弱,从而产生Data Retention的出错。

2.Data Retention的另一种原因就是Erase和Program的操作也会导致氧化层收集电荷,这样会影响到cell的阈值电压,当电荷脱井时,阈值漂移,Bit发生反转。


数据保存错误与Program/Erase次数是密切相关的,P/E cycle越多,Data Retention发生错误率就越高,同时,Data Retention也与ECC强度直接相关,即使发生bit翻转仍然可以通过纠错算法将错误纠正回来部分错误,不同强度的ECC对Data Retention有着极其重要的影响。


所以,评估Data Retention必须是基于P/E cycle和ECC的条件下进行,单一条件下回答闪存的Data Retention是不严谨的。严谨来说,应该是在多少次Program/Erase的条件下以及什么样强度的ECC之下,数据可以保存多久。

影响Data Retention的因素包括:


1、  P/E Cycle次数;

2、  ECC强度;

3、  温度环境;

4、  其他(如辐射、光照等)。


如果不考虑第4条特殊环境,Data Retention的评估需要综合其他三方面条件,其中,高温度环境还可以用于加速评估Data Retention。


对于测试部门而言,仅仅评估未经P/E状态下的数据保存是远远不够的,还必须要评估在不同的P/E次数状态下的保存时间才有利于研发人员正确的选择ECC强度以及客观评估数据的保存时间。


将一定次数的P/E cycle划分不同区间,并将测试结果建立基于ECC、P/E次数和误码率的数学模型,作为研发人员综合评估Nand的Data Retention很有必要,例如:MLC 可以评估500次/1000次/1500次/2000次/2500次/2800次/3000次Program/Erase条件下以及在datasheet规定的ECC强度以及高于datasheet规定ECC强度下的保存时间,往往具有更多的实际应用意义。


Nand Flash越接近P/E Cycle临界值,每次P/E对其Data Retention的影响就越大,因此,临近临界值时,P/E cycle区间可以缩小,如:每200次P/E cycle做一次Data Retention的评测。


测试方法 


根据JEDEC的标准,可以用高温环境加速条件下进行测试Nand Flash的Data Retention。


测试原理:


将事先写入Nand的数据重新读取出来(很重要!不用原先写入的数据做对比是因为写入数据过程中可能会出现错误,如果直接用写入的数据进行对比,可能会得出错误的结论),然后另存为独立的文件,随着时间推移或者温度变化,将Nand中写入的数据与独立文件进行对比,看是否有错误发生,在高温条件之下可以加速这种测试。


基础设定:ECC1按datasheet规定设定(如:24bit/1024Byte),另外三组可以用更高强度ECC去评估在哪个ECC区间会有错误出现。

对于全新的Nand Flash而言,无P/E cycle的影响,因此,直接进行参数设定和测量即可。

1、  设定需要测试的Block数量,读取次数以及需要写入的制定Block的pattern(如,一组以456789AB为种子的伪随机数);


    2、  在常温之下NFA100-E将先会执行Erase,然后将456789AB为种子的伪随机Program到指定的Block,然后再读出所写入的data,将此data文件保存,建立用于比较的文件;



    3、  建立一个结果文件,所有对比结果会自动保存到结果文件;
    


    4、  然后设定好时间,如1000小时,即可开始进行Data Retention的验证,如果有错误发生,Nand中的数据与指定的对比文件将不同;

    

    5、  各种ECC条件下的错误会以图形和数据的方式显示如下图;


    6、  将写入伪随机数的Nand Flash放入120°C高温箱34分钟13秒后取出,看是否有错误发生,没有错误发生则表示数据可以保存一年,依次循环测试,直到有错误发生,无错误发生的循环有多少次,则表明数据可以保存几年。


而评测经过P/E cycle的Nand Flash则需要加入对Nand Flash的P/E cycle测试。


每轮P/E cycle之后(如上图500次P/E为一轮),重复1-6的动作,即可评估出在不同P/E 次数以及不同ECC条件下的的Data Retention。


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