《闪存问题之PROGRAM DISTURB》总结

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SSD之所以需要BCH或LDPC等ECC纠错算法，是因为闪存中的数据会在神不知鬼不觉的情况下发生比特翻转。

导致比特翻转的原因很多，比如之前提到的data retention 问题， PE问题，read disturb问题，还有其他一些问题。Program Disturb也是其中原因之一，今天就介绍一下什么是Program Disturb，它是如何导致数据出错的。

要对闪存Block进行擦除操作，擦除是把浮栅极里面的电子赶出来。它的实现是在衬底加一个高电压，控制极接地，之间建立一个强大的电场，浮栅极里面的电子在隧道效应作用下，被强制驱赶出来。

Program操作是在Block擦除的基础上，通过往浮栅极注入电子，实现1变为0。往浮栅极注入电子，做法与擦除操作相反，它是在控制极加个高电压，衬底接地，建立一个与擦除相反的强电场，外面的电子在隧道效应作用下，进入浮栅极。

Program是按Page为单位进行的，每个Page由很多bitline组成，我们往Page上写数据时，里面数据有0也有1：如果往某个存储单元写入1，我们认为这个比特可以不做Program操作，因为擦除后的存储单元，里面数据本来就是1；如果我们写入的是0，则真正需要做Program操作，即把之前的1改写为0。

上图中，黄色圈起来的是我们要写的Wordline （WL,某个具体的page），这里只画出该WL上的两个比特，其中一个比特我们需要写0 （绿色圈起来），即进行真正的Program操作，而另外一个比特（红色圈起来的），我们要写入1，对该比特来说，我们不需要program （称之为Program Inhibit）。

我们一次只能Program一个page。对该page，我们在该WL上所有的存储单元控制极加一个19V的高电压；而对其他未被写的WL，我们在他们所有存储单元的控制极上加一个较小的电压，例子中是9V。

对于要做真正Program操作（1->0）的那个存储单元所在的bitline （BL），我们让其接地，于是，左边的String看起来如下：

该String中，要program的那个存储单元，控制极电压是19V，衬底电压是0，就形成一个强电场，电子就被注入浮栅极。

对该String中其它存储单元（属于其它没有被Program的page or WL）:

它们控制极电压是9V，衬底电压是0，也会形成一个电场，但该电场强度不足以让电子轻松注入到其浮栅极。

但是不管怎样，这个电场还是有概率让电子进入到浮栅极，尤其是绝缘层隔绝性能比较差的时候（比如擦写次数过多）。因此，被Program的存储单元所在String上其它存储单元会一定程度上受该次Program影响，我们称之为Pass Disturb。该影响类似前面提到的Read Disturb，但由于一个Block擦除一次能写的次数有限（一个Block的page数），不像Read操作可以反复读取，所以，Pass Disturb对数据影响没有Read Disturb严重。

看完左边的String，我们看右边的String，也就是那个无需Program的存储单元（1->1,我们称该存储单元为 Program Inhibit）所在的String:

对Program Inhibit存储单元，我们在其所在String的Bitline上加了个2V电压，最终会在衬底产生一个7V的Vboost电压。

对于Program Inhibit，控制极电压是19V，减去7V的Vboost电压，12V电势差，该电势差产生的电场不足以让电子轻松流入浮栅极，因此，存储单元基本还是保持擦除后的状态，即1还是1。

但是，这个12V电势差产生的电场，还是能让电子有概率进入到浮栅极，尤其是绝缘层隔绝性能比较差的时候。最坏的情况，可能我们不期望Program的存储单元，最后却做了真正的Program操作，即1->0，这是我们不期望的。我们称这种让Program Inhibit存储单元做了Program的现象，叫做Program Disturb。

最后，总结一下，Program操作存在下面两个Disturb：

1.同一个Wordline （同一个Page），存在Program Disturb。我们在写一个Page的时候，本来某些bit我们想写入1，但最后却写成0。

2.Program的比特所在的那列String的其它存储单元，存在Pass Disturb。

无论是Program Disturb还是Pass Disturb，其作用会导致浮栅极进入不期望的电子，这点和Read Disturb的影响是一样的。但是，由于每个Page在一次擦除后Program只能进行一次，不像Read Disturb一样，可以读很多次，Program Disturb没有累积效应（但单次影响程度比Read Disturb大，因为控制极上加的电压更大），所以一定程度上没有Read Disturb影响恶劣。但不管怎样，Program操作也是导致数据出错的一个元凶。