漏电能耗的确定方法及半导体存储器与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种漏电能耗的确定方法及半导体存储器。

背景技术：

2.在设计半导体存储器，例如动态随机存储器(dynamic random access memory，dram)时，通常追求低能耗。低能耗的实现方式包括：1、dram的存储能量占电源向dram输入的能量比重要尽可能高；2、在存储功能实现的前提下，dram的存储能量要尽可能低；3、dram的存储能量的保存时间要尽可能长。其中，漏电能耗的大小影响dram存储能量的保存时间，因此，需要提供一种方法确定漏电能耗的大小。

技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供一种漏电能耗的确定方法及半导体存储器。
4.第一方面，本技术实施例提供一种漏电能耗的确定方法，所述方法包括：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量，所述存储器包括所述阵列区的存储电容、所述阵列区和外围区的开关管，所述存储器耗散的总热量包括所述开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，所述电容包括所述存储电容和所述开关管的等效电容；泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，并将所述电容耗散的第二热量确定为所述电容的总存储能量；基于所述存储器耗散的总热量和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。
5.在一些实施例中，所述方法还包括：在所述电源的能耗除包括所述存储器的总能耗之外，还包括所述电源内部耗散的第三热量的情况下，确定所述电容耗散的第一热量等于通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电容的总存储能量。
6.在一些实施例中，所述方法还包括：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，所述存储器的总能耗包括所述电容的总存储能量、所述开关管的漏电能耗和所述电容耗散的第一热量；基于所述存储器的总能耗和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。
7.在一些实施例中，所述泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，包括：在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差；获取所述存储器材料的比热容和质量；基于所述存储器的第一温差、所述存储器材料的比热容和质量，确定所述电容耗散的第二热量。
8.在一些实施例中，所述在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差，包括：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号之后，将所述阵列区的状态改为断电状态；在将所述阵列区的状态改为断电状态时，获取测量的所述存储器的第一温度；在所述电容中电荷泄放完全时，获取测量的所述存储器的第二温度；基于所述存储器的第一温度和所述存储器的第二温度，确定所述存储器的第一温差。
9.在一些实施例中，所述在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差，包括：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号之后，将所述阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能；在将所述阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能时，获取测量的所述存储器的第三温度；在所述电容中电荷泄放完全时，获取测量的所述存储器的第四温度；基于所述存储器的第三温度和所述存储器的第四温度，确定所述存储器的第一温差。
10.在一些实施例中，所述通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量，包括：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，获取测量的所述存储器的第二温差；获取所述存储器材料的比热容和质量；基于所述存储器的第二温差、所述存储器材料的比热容和质量，确定所述存储器耗散的总热量。
11.在一些实施例中，所述在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，获取测量的所述存储器的第二温差；包括：在开始通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，获取测量的所述存储器的第五温度；在结束通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，获取测量的所述存储器的第六温度；基于所述存储器的第五温度和所述存储器的第六温度，确定所述存储器的第二温差。
12.在一些实施例中，在所述存储器的衬底材料包括硅材料的情况下，所述存储器材料的比热容等效于所述硅材料的比热容。
13.在一些实施例中，通过温度传感器测量的所述存储器的温度。
14.在一些实施例中，所述通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，包括：获取所述存储器的电流、电压与时间之间的关系图；确定通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号的时段；基于所述时段，在所述关系图中确定通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号过程中所述存储器的电流值和电压值；基于所述时段、所述电流值和所述电压值，确定所述存储器的总能耗。
15.在一些实施例中，所述通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，包括：在所述电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述电源的能耗；将所述电源的能耗确定为所述存储器的总能耗。
16.在一些实施例中，所述在所述电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述电源的能耗，包括：在通过电源向所述存储器的阵列区执行n次第一操作集合时，确定所述电源的总能耗，所述第一操作集合包括依次执行的以下操作：向所述阵列区写入高电平信号，泄放所述电容的总存储能量，n为大于等于1的整数；基于所述电源的总能耗，确定通过所述电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电源的能耗。
17.在一些实施例中，所述在通过所述电源向所述存储器的阵列区执行n次第一操作集合时，确定所述电源的总能耗，包括：在执行所述n次第一操作集合过程中，获取所述电源电量消耗的百分比；基于获取的所述电源的容量和所述电源电量消耗的百分比，确定所述电源的总能耗。
18.在一些实施例中，所述阵列区包括：所述存储器的所有阵列区域或所述存储器的子阵列区域。
19.第二方面，本技术实施例提供一种半导体存储器，用于执行上述漏电能耗的确定方法。
20.在一些实施例中，所述半导体存储器为动态随机存取存储器dram芯片。
21.本技术实施例中，首先，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取存储器耗散的总热量，其中，存储器耗散的总热量包括开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量；然后，为了确定出漏电能耗的大小，泄放电容的总存储能量，获取测量的电容耗散的第二热量，使得电容耗散的第二热量等于电容耗散的第一热量；最后，通过存储器耗散的总热量减去电容耗散的第二热量，得出开关管的漏电能耗。可以看出，本技术实施例，通过将不易获取的电容耗散的第一热量转化为可以测量的电容耗散的第二热量，实现了对漏电能耗的确定，不仅使得操作和实施起来更加方便，而且还不会改变存储器原有的结构。
附图说明
22.图1a为本技术实施例提供的一种漏电能耗的确定方法的流程示意图；
23.图1b为本技术实施例提供的一种阵列区中存储单元的电路示意图；
24.图2a为本技术实施例提供的另一种漏电能耗的确定方法的流程示意图；
25.图2b为本技术实施例提供的操作状态下存储器总能耗的示意图；
26.图3a为本技术实施例提供的另一种漏电能耗的确定方法的流程示意图；
27.图3b为本技术实施例提供的另一种漏电能耗的确定方法的流程示意图。
具体实施方式
28.下面将参照附图更详细地描述本技术公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本技术，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本技术，并且能够将本技术公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
29.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中，为了避免与本技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。
30.在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
31.应当明白，当元件或层被称为“在
……
上”、“与
……
相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在
……
上”、“与
……
直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本技术必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
32.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
33.本技术实施例提供一种漏电能耗的确定方法，如图1a所示，所述方法包括如下步骤s101至步骤s103：
34.步骤s101：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量，所述存储器包括所述阵列区的存储电容、所述阵列区和外围区的开关管，所述存储器耗散的总热量包括所述开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，所述电容包括所述存储电容和所述开关管的等效电容；
35.这里，存储器可以为dram、静态随机存取存储器(static random-access memory，sram)等。通常情况下，存储器包括阵列区和外围区，阵列区为存储器的核心区域，用于存储数据；外围区为存储器的控制区域，用于控制阵列区数据的写入和读出。阵列区包括存储电容和开关管，其中，存储电容用于存储数据；阵列区中的开关管用于控制存储电容中数据的输入和输出。外围区也包括开关管，用于组成控制电路，实现对阵列区数据写入和读出的控制。阵列区和外围区的开关管可以均为金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)。开关管的等效电容指阵列区和外围区的开关管中的栅氧化层电容、空间电荷层电容以及耗尽层电容的等效电容。
36.下面以dram为例来说明阵列区中数据的写入或读出过程。通常情况下，阵列区包括若干个存储单元，每个存储单元用于存储一位数据，阵列区中所有存储单元存储的数据组合起来得到阵列区的存储信息，而外围区用于控制写入或读出阵列区中数据的时间和大小。图1b示出了阵列区中一个存储单元的电路示意图，如图1b所示，存储单元包括存储电容c和开关管t，开关管t的栅极连接于字线(word line，wl)，漏极连接于位线(bit line，bl)，源极连接于存储电容c。一个存储单元通过存储在存储电容c中电荷的多和少，或者说存储电容c两端电压差的高和低，来表示逻辑上的1和0，进而实现对信息的存储。开关管t的导通和截止，决定了允许或禁止对存储电容c所存储的信息的读取和改写。其中，bl是外界访问存储电容c的唯一通道，当开关管t导通后，可以通过bl对存储电容c进行读取或者写入操作。外围区可以通过控制wl电压的大小来控制开关管t的导通与关断，进而控制存储电容c的充放电，以实现存储信息的写入或读出。
37.在一些实施例中，存储电容c一个极板上施加的电压为电源电压vcc的一半，即为(1/2)vcc。当要写入数据“1”时，bl上会加以电压vcc，这一电压通过导通的开关管t，由漏极传导到源极，最终加载在存储电容c的另一个极板上，此时存储电容c两端电压差为+(1/2)vcc；当要写入数据“0”时，bl上会加以电压0，从而导致存储电容c另一个极板上的电压也为0，此时存储电容c两端电压差为-(1/2)vcc。可以看出，在写入数据“1”和写入数据“0”两种状态下，存储电容c两端的电压差大小相等，但方向相反，因此，可以通过存储电容c两端电压差的方向来判断存储的数据是“0”还是“1”。
38.电源向存储器的阵列区写入高电平信号的状态为存储器的操作状态，电源向存储
器的阵列区写入高电平信号，即为电源向存储器的阵列区写入数据“1”。由于步骤s101中需要获取向存储器的阵列区写入高电平信号时存储器耗散的总热量，为了使得在向存储器的阵列区写入高电平信号之前，存储电容和开关管的等效电容中存储的能量不会对向存储器的阵列区写入高电平信号时存储器耗散的总热量产生影响。在一些实施例中，步骤s101的实施可以先向存储器的阵列区写入数据“0”，作为打底，再向存储器的阵列区写入数据“1”。
39.在电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，由于存储器没有对外做功，所以电源向存储器写入的能量或被存储器存储起来，或通过产热的方式耗散掉。由于存储器包括阵列区的存储电容，阵列区和外围区的开关管，因此，被存储器存储起来的能量指的是存储在存储电容和开关管的等效电容中的能量。又由于在电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，存储电容和开关管的等效电容会产生热量的耗散，开关管也会因为漏电而产生热量的耗散，所以，通过产热的方式耗散掉的能量包括存储电容热量的耗散、开关管的等效电容热量的耗散和漏电热量的耗散，这三部分合起来即为存储器耗散的总热量。而由于漏电能耗完全用于产生热量的耗散，因此，漏电热量的耗散等于漏电能耗，所以，存储器耗散的总热量包括开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，其中，此处的电容包括存储电容和开关管的等效电容。
40.在一些实施例中，存储器耗散的总热量的获取方式可以包括：先测量电源向存储器的阵列区写入高电平信号前后，存储器表面的温差；
41.然后根据热量计算公式q＝cmδt得到存储器耗散的总热量，其中，c为存储器物体的比热容，m为存储器物体的质量，δt为存储器物体升高(降低)的温度(即所述温差)。
42.在一些实施例中，阵列区可以为存储器的所有阵列区域或存储器的子阵列区域，即这里的阵列区可以是存储器中阵列区的全部，也可以为存储器中阵列区的部分。在需要确定子阵列区的漏电能耗的情况下，步骤s101的实施可以包括：通过电源向存储器的子阵列区写入高电平信号，即只向待确定漏电能耗的子阵列区写入高电平信号，从而使得本技术实施例提供的方法可以在不改变原存储器结构的基础上，应用在更多的场景。
43.步骤s102：泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，并将所述电容耗散的第二热量确定为所述电容的总存储能量；
44.这里，泄放电容的总存储能量指将电容的总存储能量完全泄放掉。电容耗散的第二热量指泄放电容的总存储能量过程中，耗散给环境的热量。根据能量守恒，在泄放电容的总存储能量的过程中，电容的总存储能量会全部以热的形式耗散给环境，因此，电容耗散的第二热量等于电容的总存储能量。
45.在一些实施例中，电容耗散的第二热量的获取方式可以包括：先测量泄放电容的总存储能量前后，存储器表面的温差；
46.然后根据热量计算公式q＝cmδt得到电容耗散的第二热量，
47.其中，c为存储器物体的比热容，m为存储器物体的质量，δt为存储器物体升高(降低)的温度(即所述温差)。
48.步骤s103：基于所述存储器耗散的总热量和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。
49.在一些实施例中，所述方法还包括：在所述电源的能耗除包括所述存储器的总能耗之外，还包括所述电源内部耗散的第三热量的情况下，确定所述电容耗散的第一热量等
于通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电容的总存储能量。
50.这里，电容的总存储能量指的是通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，电容存储的能量。电源的能耗除包括存储器的总能耗之外，还包括电源内部耗散的第三热量指的是：电源的能耗只用于向存储器做功和自己内部产生热量。
51.在电源的能耗除包括存储器的总能耗之外，还包括电源内部耗散的第三热量的情况下，电容耗散的第一热量等于通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时电容的总存储能量的证明过程如下：
52.在电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，如果电流趋近0，则这个过程是可逆的，电源对存储器做最大非体积功，得到：
53.δg＝δh-tδs＝zfe；
54.其中，g为吉布斯自由能，对于等温等压的平衡态封闭系统，δg可以衡量体系输出的非体积功，t是温度，s是熵，h是焓，z为转移电子物质的量，e为电动势，f为法拉第常数。
55.又对于电源来说，q＝zf，对于存储器(电源的能量主要作用于存储器中的电容)来说，q＝c*u，其中，c为电容，u为电容两端的电压。由于电流趋近0时，电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程为可逆过程，电源对存储器做最大非体积功，因此，q＝zf＝c*u，从而得到δg＝qe＝c*u*e。又由于u＝e，所以，δg＝c*u2。
56.如果电流不趋近于0(存储器的实际工作情况)，则δg＜zfe，即电源消耗的能量，将会有一部分以不可逆热的形式耗散掉。因电流不趋近于0，存储器中的稳压单元使得写入存储器中电容的电压稳定在一定的值，而多消耗的能量完全用于电源内部产热，所以对于存储器而言，无论电流大小，其从电源得到的能量是相同的，为c*u2。
57.根据电容的储能公式：w＝1/2cu2，可知，电容存储的能量w等于从电源得到的能量(c*u2)的一半，即从电源得到的能量中一半被电容存储，另一半被耗散掉。换句话说，电容存储的能量w等于电容耗散的热量。
58.由于上述结论的成立条件是，电源的能耗只用于向存储器做功和自己内部产生热量，因此，在电源的能耗除包括存储器的总能耗之外，还包括电源内部耗散的第三热量的情况下，确定电容耗散的第一热量等于通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时电容的总存储能量。
59.基于此，由于存储器耗散的总热量包括开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，而根据上述得出电容耗散的第一热量等于电容的总存储能量，根据步骤s102得出电容的总存储能量等于电容耗散的第二热量，因此，电容耗散的第一热量等于电容耗散的第二热量，所以，通过存储器耗散的总热量减去电容耗散的第二热量，即可得到开关管的漏电能耗。
60.本技术实施例中，首先，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取存储器耗散的总热量，其中，存储器耗散的总热量包括开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量；然后，为了确定出漏电能耗的大小，泄放电容的总存储能量，获取测量的电容耗散的第二热量，使得电容耗散的第二热量等于电容耗散的第一热量；最后，通过存储器耗散的总热量减去电容耗散的第二热量，得出开关管的漏电能耗。可以看出，本技术实施例通过将不易获取的电容耗散的第一热量转化为可以测量的电容耗散的第二热量，实现了对漏电能耗的确定，不仅使得操作和实施起来更加方便，而且还不会改变存储器原有的结构。
61.在一些实施例中，步骤s101“通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量”的实施可以包括如下步骤s1011至步骤s1013：
62.步骤s1011：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，获取测量的所述存储器的第二温差；
63.这里，第二温差指通过电源开始和结束向存储器的阵列区写入高电平信号时，测量的存储器的温差。
64.由于通常情况下，存储器的体积比较小，因此可以通过测量存储器的温差，来确定存储器耗散的总热量。
65.在一些实施例中，步骤s1011的实施可以包括如下步骤s111a至步骤s111c：
66.步骤s111a：在开始通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，获取测量的所述存储器的第五温度；
67.这里，步骤s111a的实施为在开始通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，即向存储器的阵列区写入高电平信号之前，测量一次存储器的温度，记为第五温度。
68.步骤s111b：在结束通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，获取测量的所述存储器的第六温度；
69.这里，步骤s111b的实施为在结束通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，即向存储器的阵列区写入高电平信号之后，再测量一次存储器的温度，记为第六温度。
70.在一些实施例中，可以通过温度传感器测量存储器的温度。这里，温度传感器可以为存储器内部集成的温度传感器，也可以为贴在存储器表面的温度传感器。实施时，可以采用一个温度传感器，也可以采用两个或多个温度传感器，以提升测量的精度。由于温度传感器可以为存储器内部自带的，或者贴在存储器表面的，因此，可以在不改变原存储器结构的基础上，实现对存储器温度的获取，简化操作。
71.步骤s111c：基于所述存储器的第五温度和所述存储器的第六温度，确定所述存储器的第二温差。
72.这里，步骤s111c的实施可以包括用第六温度减去第五温度，得到存储器的第二温差。
73.本技术实施例中，首先分别测量电源开始和结束向存储器的阵列区写入高电平信号时，存储器的第五温度和第六温度，然后通过第六温度减去第五温度，实现了对第二温差的确定。
74.步骤s1012：获取所述存储器材料的比热容和质量；
75.这里，存储器材料指存储器中所有部分例如衬底、接触插塞、介质层等的材料。对于存储器材料的质量，在存储器固定的情况下，存储器材料的质量也是固定的，可以通过测量等方式获取。
76.对于存储器材料的比热容，在一些实施例中，由于存储器中衬底占存储器的大部分，可以采用衬底材料的比热容作为存储器材料的比热容。例如，在存储器的衬底材料包括硅材料的情况下，存储器材料的比热容可以等效于硅材料的比热容.如此，可以降低计算存储器材料比热容的难度，简化计算的方法。
77.步骤s1013：基于所述存储器的第二温差、所述存储器材料的比热容和质量，确定所述存储器耗散的总热量。
78.这里，步骤s1013的实施可以根据热量计算公式q＝cmδt得到存储器耗散的总热量，其中，δt为存储器的第二温差。
79.本技术实施例中，首先在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，获取测量的存储器的第二温差；然后获取存储器材料的比热容和质量，最后利用热量计算公式，实现了对存储器耗散的总热量的确定。
80.在一些实施例中，步骤s102“泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量”的实施可以包括如下步骤s1021至步骤s1023：
81.步骤s1021：在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差；
82.这里，第一温差指在开始和结束泄放电容的总存储能量时，测量的存储器的温差。由于泄放电容的总存储能量的过程中，电容的总存储能量会全部以热的形式耗散给环境，因此，可以通过确定泄放电容的总存储能量过程中存储器的第一温差，来得到电容耗散的第二热量。由于存储器在断电状态或待机状态(且不进行刷新操作)下，电容的总存储能量会完全泄放掉，因此，泄放电容的总存储能量可以通过存储器的断电状态或待机状态(且不进行刷新操作)来实现，对应地，步骤s1021的实施可以包括以下两种方式。
83.第一种方式：步骤s1021的实施可以包括如下步骤s121a至步骤s124a：
84.步骤s121a：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号之后，将所述阵列区的状态改为断电状态；
85.这里，断电状态指power down状态，此时，电源停止向存储器供电。步骤s121a用于将步骤s101实施过程中电容存储的能量泄放完全，此时电容存储的能量(即电容的总存储能量)会全部以热的形式耗散给环境。
86.步骤s122a：在将所述阵列区的状态改为断电状态时，获取测量的所述存储器的第一温度；
87.这里，由于步骤s121a将阵列区的状态改为断电状态之后，电容的总存储能量以热的形式耗散给环境，为了测量耗散给环境的热量大小，得到电容耗散的第二热量，需要确定电容的总存储能量以热的形式耗散给环境前后，存储器的温差。步骤s122a即用于确定电容的总存储能量以热的形式耗散给环境前存储器的温度，记为第一温度。
88.步骤s123a：在所述电容中电荷泄放完全时，获取测量的所述存储器的第二温度；
89.这里，步骤s123a即用于确定电容的总存储能量以热的形式耗散给环境后存储器的温度，记为第二温度。
90.步骤s124a：基于所述存储器的第一温度和所述存储器的第二温度，确定所述存储器的第一温差。
91.这里，步骤s124a的实施可以包括用第二温度减去第一温度，得到存储器的第一温差。
92.本技术实施例中，通过将阵列区的状态改为断电状态，来泄放电容的总存储能量，再在阵列区的状态改为断电状态时和电容中电荷泄放完全时，分别测量存储器的温度，根据分别测量的存储器的温度，实现了对存储器第一温差的确定。
93.第二种方式：步骤s1021的实施可以包括如下步骤s121b至步骤s124b：
94.步骤s121b：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号之后，将所述阵列区的
状态改为待机状态，且关闭刷新功能；
95.这里，待机状态为idle状态，关闭刷新功能指在电容中电荷泄放之后，不对电容进行刷新操作。步骤s121b用于将步骤s101实施过程中电容存储的能量泄放完全，此时电容存储的能量(即电容的总存储能量)会全部以热的形式耗散给环境。
96.步骤s122b：在将所述阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能时，获取测量的所述存储器的第三温度；
97.这里，由于步骤s121b将阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能之后，电容的总存储能量以热的形式耗散给环境，为了测量耗散给环境的热量大小，得到电容耗散的第二热量，需要确定电容的总存储能量以热的形式耗散给环境前后，存储器的温差。步骤s122b即用于确定电容的总存储能量以热的形式耗散给环境前存储器的温度，记为第三温度。
98.步骤s123b：在所述电容中电荷泄放完全时，获取测量的所述存储器的第四温度；
99.这里，步骤s123b即用于确定电容的总存储能量以热的形式耗散给环境后存储器的温度，记为第四温度。
100.步骤s124b：基于所述存储器的第三温度和所述存储器的第四温度，确定所述存储器的第一温差。
101.这里，步骤s124b的实施可以包括用第四温度减去第三温度，得到存储器的第一温差。
102.本技术实施例中，通过将阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能，来泄放电容的总存储能量，再在阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能时和电容中电荷泄放完全时，分别测量存储器的温度，根据分别测量的存储器的温度，实现了对存储器第一温差的确定。
103.步骤s1022：获取所述存储器材料的比热容和质量；
104.这里，步骤s1022的实施可参见步骤s1012。
105.步骤s1023：基于所述存储器的第一温差、所述存储器材料的比热容和质量，确定所述电容耗散的第二热量。
106.这里，步骤s1023的实施可以根据热量计算公式q＝cmδt得到电容耗散的第二热量，其中，δt为第一温差。
107.本技术实施例中，首先在泄放电容的总存储能量的过程中，获取测量的存储器的第一温差，之后获取存储器材料的比热容和质量，最后利用热量计算公式，实现了对电容耗散的第二热量的确定。
108.本技术实施例还提供一种漏电能耗的确定方法，如图2a所示，所述方法包括如下步骤s201至步骤s204：
109.步骤s201：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，所述存储器的总能耗包括所述电容的总存储能量、所述开关管的漏电能耗和所述电容耗散的第一热量；
110.这里，电容的总存储能量包括存储电容的存储能量和等效电容的存储能量。电容耗散的第一热量包括存储电容耗散的热量和等效电容耗散的热量。图2b为操作状态下存储器总能耗的示意图，如图2b所示，存储器的总能耗20(向阵列区写入高电平信号即为操作状
态)包括存储电容的存储能量201、等效电容的存储能量202、开关管的漏电能耗203、存储电容耗散的热量205和等效电容耗散的热量204。其中，操作状态下开关管的漏电能耗203、存储电容耗散的热量205和等效电容耗散的热量204以热量的形式释放到环境，均为无用能耗。存储电容的存储能量201和等效电容的存储能量202为数据逻辑操作下的能耗。。存储电容的存储能量201和等效电容的存储能量202在断电状态下会泄放电荷而产热。
111.存储器的总能耗可以通过焦耳定律计算得出，也可以在电源的内阻较小的情况下，将电源的能耗确定为存储器的能耗，通过确定电源的能耗，得出存储器的能耗。
112.步骤s202：在所述电源的能耗除包括所述存储器的总能耗之外，还包括所述电源内部耗散的第三热量的情况下，确定所述电容耗散的第一热量等于通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电容的总存储能量；
113.步骤s203：泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，并将所述电容耗散的第二热量确定为所述电容的总存储能量；
114.步骤s204：基于所述存储器的总能耗和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。
115.这里，由于存储器的总能耗包括电容的总存储能量、开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，而根据步骤s202得出电容耗散的第一热量等于电容的总存储能量，根据步骤s203得出电容的总存储能量等于电容耗散的第二热量，因此，电容的总存储能量和电容耗散的第一热量都等于电容耗散的第二热量。所以步骤s204的实施可以包括存储器的总能耗减去二倍的电容耗散的第二热量，得到开关管的漏电能耗。
116.本技术实施例中，首先通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定存储器的总能耗，其中，存储器的总能耗包括电容的总存储能量、开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量；然后为了确定出漏电能耗的大小，第一步将电容耗散的第一热量转化为通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时电容的总存储能量；第二步，通过在泄放电容的总存储能量的过程中，获取测量的电容耗散的第二热量，将电容的总存储能量转化为可以测量的电容耗散的第二热量，从而使得电容的总存储能量和电容耗散的第一热量都等于电容耗散的第二热量，最后通过存储器的总能耗减去2倍的电容耗散的第二热量，确定出开关管的漏电能耗。可以看出，本技术实施例通过两步转化，将不易获取的电容耗散的第一热量和电容的总存储能量转化为可以测量的电容耗散的第二热量，实现了对漏电能耗的确定，不仅使得操作和实施起来更加方便，而且还不会改变存储器原有的结构。
117.在一些实施例中，步骤s201“通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗”的实施可以包括如下步骤s2011a至步骤s2014a：
118.步骤s2011a：获取所述存储器的电流、电压与时间之间的关系图；
119.这里，步骤s2011a的实施可以按照一定的采样间隔采集存储器电流和电压的数值，从而得到存储器的电流、电压与时间之间的关系图。其中，采样间隔可以根据测试精度来定，例如，若需要精确的计算出能耗数值，则采样间隔可以小一些；若需要大致的计算出能耗数值，即对精度要求不高，则采样间隔可以大一些，本技术实施例对采样间隔不做限定。
120.步骤s2012a：确定通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号的时段；
121.这里，时段包括开始时刻和结束时刻，则步骤s2012a用于确定通过电源向所述存
储器的阵列区写入高电平信号的开始时刻和结束时刻。通过时段中的结束时刻减去时段中的开始时刻，还可以确定出时长。
122.步骤s2013a：基于所述时段，在所述关系图中确定通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号过程中所述存储器的电流值和电压值；
123.这里，步骤s2013a的实施可以包括：通过时段，确定出开始时刻和结束时刻；然后在关系图中出开始时刻和结束时刻所在的位置，则关系图中开始时刻和结束时刻之间的曲线对应的电流值和电压值为通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号过程中存储器的电流值和电压值。
124.步骤s2014a：基于所述时段、所述电流值和所述电压值，确定所述存储器的总能耗。
125.这里，步骤s2014a的实施可以焦耳定律：q＝iuδt，得出存储器的总能耗，其中，i为电流值，u为电压值，δt为时长，δt可以通过时段得到。
126.本技术实施例中，首先获取存储器的电流、电压与时间之间的关系图；然后确定通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的时段；最后基于时段、电流值和电压值，通过焦耳定律实现了对存储器总能耗的确定。
127.在一些实施例中，步骤s201“通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗”的实施可以包括如下步骤s2011b和步骤s2012b：
128.步骤s2011b：在所述电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述电源的能耗；
129.这里，预设阈值可以根据存储器的总能耗而定，设置的标准可以为：预设阈值相较于存储器的总能耗较小，以至于在电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，可以忽略电源内部耗散的第三热量。实施时，若存储器的总能耗较大，则预设阈值也可以较大一些；若存储器的总能耗较小，则预设阈值也可以较小一些。
130.在一些实施例中，电源可以为内阻较小的移动电源，通过移动电源自带的电量检测数值得到电源的能耗，本技术实施例对电源能耗的确定方法不做限定。
131.步骤s2012b：将所述电源的能耗确定为所述存储器的总能耗。
132.这里，由于电源内部耗散的第三热量小于预设阈值，因此，电源的能耗中电源内部耗散的能量可以忽略，则此时电源的能耗可以作为存储器的总能耗，从而使得在电源的能耗容易获取的情况下，可以简化获取存储器总能耗的方法，使得操作更加方便。
133.在一些实施例中，步骤s2011b“在所述电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述电源的能耗”的实施可以包括如下步骤s2b1和步骤s2b2：
134.步骤s2b1：在通过电源向所述存储器的阵列区执行n次第一操作集合时，确定所述电源的总能耗，所述第一操作集合包括依次执行的以下操作：向所述阵列区写入高电平信号，泄放所述电容的总存储能量，n为大于等于1的整数；
135.这里，第一操作集合包括向阵列区写入高电平信号和泄放电容的总存储能量，即先向阵列区写入高电平信号，再泄放存储在电容内部的能耗，则一次操作集合消耗的能量为一次执行通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时电源的能耗。而步骤s2b1的实施为通过电源向存储器的阵列区执行n次第一操作集合，则此时电源的能耗为通过电源向存
储器的阵列区写入高电平信号时电源的能耗的n倍。之所以这样操作，是因为通过多次执行通过电源向阵列区写入高电平信号的操作，来提高一次执行通过电源向阵列区写入高电平信号时电源能耗的准确性，且方便电源能耗的获取。
136.在电源自带电量检测功能的情况下，步骤s2b1“在通过电源向所述存储器的阵列区执行n次第一操作集合时，确定所述电源的总能耗”的实施可以包括：
137.步骤s211：在执行所述n次第一操作集合过程中，获取所述电源电量消耗的百分比；
138.这里，电源电量消耗的百分比为消耗的电量与总电量的比值。步骤s211的实施可以包括：先获取在执行n次第一操作集合之前，电源电量的百分比；再获取在执行n次第一操作集合之后，电源电量的百分比；两个百分比的差值为电源电量消耗的百分比。
139.步骤s212：基于获取的所述电源的容量和所述电源电量消耗的百分比，确定所述电源的总能耗。
140.这里，电源的容量指电源总共能做多少功，单位可以为瓦时wh。通常情况下，电源出厂时会在产品上标注出电源的容量。步骤s212的实施可以为将电源的容量乘以电源电量消耗的百分比，得到的就是电源的总能耗，通过这种方式可以快速便捷的得到电源的总能耗。
141.步骤s2b2：基于所述电源的总能耗，确定通过所述电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电源的能耗。
142.这里，步骤s2b2的实施可以包括通过电源的总能耗除以n，得到的即为通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时电源的能耗。
143.本技术实施例中，将通过电源向阵列区写入高电平信号时电源能耗的确定方法转化为：先确定n次执行第一操作集合时电源的总能耗，再用电源的总能耗除以n，从而得到一次执行通过电源向阵列区写入高电平信号时电源的能耗。如此一来，可以提高电源能耗的准确性，且方便电源能耗的获取。
144.本技术实施例还提供一种漏电能耗的确定方法，所述方法应用于dram，如图3a所示，所述方法包括如下步骤s301至步骤s306：
145.步骤s301：通过电源向dram的阵列区写入数据“0”；
146.这里，写入数据“0”用于清除dram中电容存储的能量。
147.步骤s302：通过电源向dram的阵列区写入数据“1”；
148.即为步骤s101中的通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号。
149.步骤s303：获取dram的产热q1(即所述存储器耗散的总热量)；
150.步骤s304：将dram的状态改为power down状态；
151.步骤s305：获取dram的产热q2(即所述电容耗散的第二热量)，截止时间以dram数据漏完为止；
152.步骤s306：确定dram操作状态下的漏电能耗，其中，漏电能耗＝q1-q2。
153.本技术实施例还提供一种漏电能耗的确定方法，所述方法也应用于dram，如图3b所示，所述方法包括如下步骤s401至步骤s406：
154.步骤s401：通过电源向dram的阵列区写入数据“0”；
155.步骤s402：通过电源向dram的阵列区写入数据“1”；
156.步骤s403：获取dram的产热q1(即所述存储器耗散的总热量)；
157.步骤s404：将dram的状态改为idle状态，且关闭刷新refresh功能；
158.步骤s405：获取dram的产热q2(即所述电容耗散的第二热量)，截止时间以dram数据漏完为止；
159.步骤s406：确定dram操作状态下的漏电能耗，其中，漏电能耗＝q1-q2。
160.本技术实施例提供一种半导体存储器，用于执行上述漏电能耗的确定方法。在一些实施例中，所述半导体存储器为dram芯片。
161.本技术所提供的几个方法或结构实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或结构实施例。
162.以上半导体结构实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本技术半导体结构实施例中未披露的技术细节，请参照本技术方法实施例的描述而理解。
163.以上所述，仅为本技术的示例性的实施例而已，并非用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种漏电能耗的确定方法，其特征在于，包括：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量，所述存储器包括所述阵列区的存储电容、所述阵列区和外围区的开关管，所述存储器耗散的总热量包括所述开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，所述电容包括所述存储电容和所述开关管的等效电容；泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，并将所述电容耗散的第二热量确定为所述电容的总存储能量；基于所述存储器耗散的总热量和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，还包括：在所述电源的能耗除包括所述存储器的总能耗之外，还包括所述电源内部耗散的第三热量的情况下，确定所述电容耗散的第一热量等于通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电容的总存储能量。3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述方法还包括：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，所述存储器的总能耗包括所述电容的总存储能量、所述开关管的漏电能耗和所述电容耗散的第一热量；基于所述存储器的总能耗和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。4.根据权利要求1至3任一项所述的确定方法，其特征在于，所述泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，包括：在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差；获取所述存储器材料的比热容和质量；基于所述存储器的第一温差、所述存储器材料的比热容和质量，确定所述电容耗散的第二热量。5.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差，包括：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号之后，将所述阵列区的状态改为断电状态；在将所述阵列区的状态改为断电状态时，获取测量的所述存储器的第一温度；在所述电容中电荷泄放完全时，获取测量的所述存储器的第二温度；基于所述存储器的第一温度和所述存储器的第二温度，确定所述存储器的第一温差。6.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述在泄放所述电容的总存储能量的过程中，获取测量的所述存储器的第一温差，包括：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号之后，将所述阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能；在将所述阵列区的状态改为待机状态，且关闭刷新功能时，获取测量的所述存储器的第三温度；在所述电容中电荷泄放完全时，获取测量的所述存储器的第四温度；基于所述存储器的第三温度和所述存储器的第四温度，确定所述存储器的第一温差。7.根据权利要求1至3、5、6任一项所述的确定方法，其特征在于，所述通过电源向存储
器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量，包括：在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，获取测量的所述存储器的第二温差；获取所述存储器材料的比热容和质量；基于所述存储器的第二温差、所述存储器材料的比热容和质量，确定所述存储器耗散的总热量。8.根据权利要求7所述的确定方法，其特征在于，所述在通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号的过程中，获取测量的所述存储器的第二温差，包括：在开始通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，获取测量的所述存储器的第五温度；在结束通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，获取测量的所述存储器的第六温度；基于所述存储器的第五温度和所述存储器的第六温度，确定所述存储器的第二温差。9.根据权利要求8所述的确定方法，其特征在于，在所述存储器的衬底材料包括硅材料的情况下，所述存储器材料的比热容等效于所述硅材料的比热容。10.根据权利要求5、6、8任一项所述的确定方法，其特征在于，通过温度传感器测量的所述存储器的温度。11.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，包括：获取所述存储器的电流、电压与时间之间的关系图；确定通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号的时段；基于所述时段，在所述关系图中确定通过电源向所述存储器的阵列区写入高电平信号过程中所述存储器的电流值和电压值；基于所述时段、所述电流值和所述电压值，确定所述存储器的总能耗。12.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述存储器的总能耗，包括：在所述电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述电源的能耗；将所述电源的能耗确定为所述存储器的总能耗。13.根据权利要求12所述的确定方法，其特征在于，所述在所述电源内部耗散的第三热量小于预设阈值的情况下，通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号时，确定所述电源的能耗，包括：在通过电源向所述存储器的阵列区执行n次第一操作集合时，确定所述电源的总能耗，所述第一操作集合包括依次执行的以下操作：向所述阵列区写入高电平信号，泄放所述电容的总存储能量，n为大于等于1的整数；基于所述电源的总能耗，确定通过所述电源向存储器的阵列区写入高电平信号时所述电源的能耗。14.根据权利要求13所述的确定方法，其特征在于，所述在通过所述电源向所述存储器的阵列区执行n次第一操作集合时，确定所述电源的总能耗，包括：
在执行所述n次第一操作集合过程中，获取所述电源电量消耗的百分比；基于获取的所述电源的容量和所述电源电量消耗的百分比，确定所述电源的总能耗。15.根据权利要求1至3、5、6、8、11至14任一项所述的确定方法，其特征在于，所述阵列区包括：所述存储器的所有阵列区域或所述存储器的子阵列区域。16.一种半导体存储器，其特征在于，用于执行权利要求1至15任一项所述的确定方法。17.根据权利要求16所述的半导体存储器，其特征在于，所述半导体存储器为动态随机存取存储器dram芯片。

技术总结

本申请实施例提供一种漏电能耗的确定方法及半导体存储器，所述方法包括：通过电源向存储器的阵列区写入高电平信号，获取所述存储器耗散的总热量，所述存储器包括所述阵列区的存储电容、所述阵列区和外围区的开关管，所述存储器耗散的总热量包括所述开关管的漏电能耗和电容耗散的第一热量，所述电容包括所述存储电容和所述开关管的等效电容；泄放所述电容的总存储能量，获取测量的所述电容耗散的第二热量，并将所述电容耗散的第二热量确定为所述电容的总存储能量；基于所述存储器耗散的总热量和所述电容耗散的第二热量，确定所述开关管的漏电能耗。的漏电能耗。的漏电能耗。