闪存Data Retention测试方法

白丁

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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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谢谢 白版主
好文，读了三次。

说的这个测试慢严谨的，我理解是黑盒测试。

测试
在不同的物理特性差异（厂商，封装，温度 等等），
不同的功能（ECCU 强度，擦写次数）

最后拿出比较客观的结果。