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过去十年间，非易失性存储市场呈现爆发式增长。NAND闪存存储器凭借良好的抗震性能，高集成密度，低廉的市场价格及出色的可靠性表现等诸多优势成为当今非易失性存储领域主流的存储媒介。二维平面(2D)NAND闪存存储器通过不断缩小器件物理尺寸来提高存储密度，然而2D NAND闪存器件尺寸缩小到一定节点时会造成不可控的可靠性隐患，存在技术壁垒。为了解决这个问题，三维立体堆叠(3D)NAND闪存存储架构被逐渐采纳和应用。3D NAND闪存存储器拥有2D NAND闪存无法比拟的技术优势，但是其可靠性退化机制也更加复杂。本文针对电荷俘获型3D NAND闪存存储器的可靠性与存储系统的优化开展了相关研究工作，并提出了对应的解决方案。
第一部分为电荷俘获型3D NAND闪存开放块的可靠性研究。开放块是3DNAND闪存使用期间一种特殊场景，它同时包含已编程与未编程字线(Word-Line，WE)。在开放块中，对于一条已编程WL，其下一条WL未编程，本文称之为边缘WL。基于电荷横向扩散机制，开放块边缘WL可靠性表现较差，实测数据表明，在编程操作后立即读与数据保持12小时后读两种情况下，边缘WL的误码率是其他已编程WL的2.6倍和4.0倍之多。结合之前所做的研究工作，对边缘WL施加了多次读操作，在数据保持场景下，发现第二次读操作下的数据误码率比第一次平均下降了56.40％，但第二次读操作之后再读取的数据误码率之间没有发生明显下降。于是本文提出了额外读可靠性修复方案，指对开放块边缘WL施加两次读操作。根据额外读操作产生修复作用的原因，又对边缘WL的下一条未编程WL，在本文中被称为虚拟WL(Dummy WL，DWL)，施加了编程操作。在数据保持期间，编程操作后的读取错误相对于无任何技术方案下的读取错误平均下降了82.01％。据此本文提出了额外编程修复方案，指对DWL进行编程操作。通过对两种修复方案在闪存控制器纠错码中的译码效率和纠错能力及它们造成的系统开销之间进行折衷，对CT3D NAND闪存开放块边缘WL的译码流程进行了优化。
之后本文研究了开放块额外编程修复方案写入DWL的数据模式对边缘WL后续数据保持特性的影响。通过结果数据得出结论，当DWL写入的数据模式对应阈值电压较高时，边缘WL的数据保持特性较好。
第二部分为NAND闪存存储器最佳读电压确定方案的研究。基于CT3DNAND闪存芯片在数据保持下的错误规律，本文提出了一种新型最佳读电压确定方案。对闪存阈值电压分布进行了高斯函数拟合，以便收集不同情况下阈值电压分布的数学参数。通过导入执行该最佳读电压方案的基本参数及高斯分布数学参数，所提方案能够估算最佳读电压位置，并以估算位置与理想最佳读电压位置的偏差作为准确性的判断标准。分析和测试结果表明，本文提出的最佳读电压确定方案相对于传统方案消耗的额外系统开销少并且估算准确性高，能够显著降低读取错误，兼顾存储系统效率和可靠性性能。
第一部分为电荷俘获型3D NAND闪存开放块的可靠性研究。开放块是3DNAND闪存使用期间一种特殊场景，它同时包含已编程与未编程字线(Word-Line，WE)。在开放块中，对于一条已编程WL，其下一条WL未编程，本文称之为边缘WL。基于电荷横向扩散机制，开放块边缘WL可靠性表现较差，实测数据表明，在编程操作后立即读与数据保持12小时后读两种情况下，边缘WL的误码率是其他已编程WL的2.6倍和4.0倍之多。结合之前所做的研究工作，对边缘WL施加了多次读操作，在数据保持场景下，发现第二次读操作下的数据误码率比第一次平均下降了56.40％，但第二次读操作之后再读取的数据误码率之间没有发生明显下降。于是本文提出了额外读可靠性修复方案，指对开放块边缘WL施加两次读操作。根据额外读操作产生修复作用的原因，又对边缘WL的下一条未编程WL，在本文中被称为虚拟WL(Dummy WL，DWL)，施加了编程操作。在数据保持期间，编程操作后的读取错误相对于无任何技术方案下的读取错误平均下降了82.01％。据此本文提出了额外编程修复方案，指对DWL进行编程操作。通过对两种修复方案在闪存控制器纠错码中的译码效率和纠错能力及它们造成的系统开销之间进行折衷，对CT3D NAND闪存开放块边缘WL的译码流程进行了优化。
之后本文研究了开放块额外编程修复方案写入DWL的数据模式对边缘WL后续数据保持特性的影响。通过结果数据得出结论，当DWL写入的数据模式对应阈值电压较高时，边缘WL的数据保持特性较好。
第二部分为NAND闪存存储器最佳读电压确定方案的研究。基于CT3DNAND闪存芯片在数据保持下的错误规律，本文提出了一种新型最佳读电压确定方案。对闪存阈值电压分布进行了高斯函数拟合，以便收集不同情况下阈值电压分布的数学参数。通过导入执行该最佳读电压方案的基本参数及高斯分布数学参数，所提方案能够估算最佳读电压位置，并以估算位置与理想最佳读电压位置的偏差作为准确性的判断标准。分析和测试结果表明，本文提出的最佳读电压确定方案相对于传统方案消耗的额外系统开销少并且估算准确性高，能够显著降低读取错误，兼顾存储系统效率和可靠性性能。