随着制造工艺的发展,超大规模集成电路设计已步入超深亚微米时代.片上系统应运而生。预计在不久的将来,各种功能的存储器将占据SOC芯片的大部分。为满足SOC芯片的工作要求,存储器的要求也越来越高。现阶段市场上各种非易失性存储器的编程单元都需要额外的制造工艺,特殊的材质,且需要不同厚度的栅氧化层等,这些都增加了存储器设计的复杂度和制造成本。本文提出了两种基于标准CMOS工艺的存储单元结构。采用栅氧化层击穿作为研究对象,提出并改进了Tri-transistor存储单元结构;同时基于传统浮栅EEPROM结构提出了单层多晶硅浮栅结构的EEPROM存储单元。这两种存储结构不需要额外的制造工艺且一定程度上优化了传统存储器的缺点,使得这两种存储结构在成本和可靠性上都具有很大的优势。本文针对栅氧化层的经时击穿模型做了深入分析,讨论了两类经时击穿陷阱生成模型,并提出了栅氧化层的反熔丝编程结构。针对漏极偏置对经时击穿的影响,对反熔丝结构做了优化,提高了编程速度和数据存储的可靠性。本文同时基于传统浮栅EEPROM结构提出了可行的单层多晶硅浮栅结构存储器,通过分析两种电子注入模型得到可取的编程模式和加压方式。文中采用MEDICI软件对器件进行了仿真建模,针对漏极偏置对栅氧化层反熔丝结构的影响及浮栅结构编程模式的仿真。两种兼容标准CMOS工艺的OTP存储器的提出,并通过MEDICI仿真对其进行了讨论是本文的重点。最后本文提出了OTP存储器整体结构设计,着重介绍了存储单元阵列和读取电路的设计。针对栅氧化层击穿OTP存储单元提出了可行的阵列结构和电流敏感放大器。