我们接下来讲NAND Flash的可靠性，这也是NAND Flash最重要的方面之一。NAND Flash的写入/擦除操作会在Tox上施加高电场~10MV/cm，远高于其他半导体器件，因此其可靠性问题更加复杂。
写/擦循环耐久度和数据保持能力
这两项是Flash的关键特性。通常来说，由于写/擦操作要在Tox上施加强电场，Flash的数据保持能力经过多次写/擦循环后会逐渐退化。退化的主要原因是Tox内的电荷俘获。这些电荷陷阱的产生与写/擦的条件有关。
P/E循环耐久度
作为例子，我们比较两种写/擦模式的循环耐久度。实验的工艺一致，写/擦操作的步长相同，所用电场强度保持两者性能相同。一种是均匀写入/均匀擦除，电子都是从整个沟道隧穿进出FG。另一种是均匀写入/非均匀擦除，擦除电子直接隧穿到漏极。
经过100k的P/E循环，均匀写入/均匀擦除方式仍能保持4V以上的阈值窗口，而均匀写入/非均匀擦除模式的阈值窗口迅速收窄。背后的物理机制是，非均匀擦除操作在漏极和FG之间存在集中的强电场。空穴在这个电场作用下加速变成热载流子，注入Tox，部分被俘获成为束缚电荷。这部分束缚空穴起到了增强电场的作用，使得后续电场和隧穿过程集中在这部分区域，导致更多的电荷俘获。因此，阈值窗口迅速收窄。相反，均匀写入/均匀擦除模式，没有热载流子生成，电荷俘获作用减轻，阈值窗口得以保持。
左边是均匀写入/均匀擦除模式；右边是均匀写入/非均匀擦除模式仔细观察还能发现，对于均匀写入/均匀擦除模式，写入状态的Vth几乎不随W/E循环变化，但擦除状态的Vth在1k之前逐渐负向漂移，1k之后正向漂移。这是因为，虽然没有热载流子注入Tox内部，但Tox的表面仍然存在电荷陷阱。1k W/E循环之前，Tox表面的空穴俘获较强，平带电压降低，导致Vt负向移动。1k之后，电子的表面俘获更强，Vt又向正值漂移。将FG与CG连通，排除FG电荷影响，就能看到Tox表面电荷俘获对Vt的影响，与我们预期一致。
另一方面，这两种写入方式对Tox厚度的反应也不同。在均匀模型中，Tox越厚，产生的空穴更多，所以Vth的变化更明显，阈值窗口收窄也更严重。在非均匀模式中，Tox厚度几乎不影响阈值窗口的变化。只有当Tox非常薄~5.6nm时，阈值窗口的收窄减轻，但过薄的Tox在1M次循环前就会过早击穿。
数据保持能力
我们采用150~300C温度下烘烤来加速数据保持能力测试，测试前会经过10~1M次P/W循环。通常来说，随着烘焙时间增长，FG内存储的电荷逐渐泄露，Vt发生变化。我们定义擦除状态的Vt变化到-0.5V的时长为数据保持时间。
对比两种写入/擦除模式，我们同样发现，Cell Vt随烘焙时间的变化趋势是有区别的。均匀模式下，Vt会先向负再向正漂移。原因是前面提到的，Tox表面俘获电荷在烘焙期间释放，抵消了FG内电荷损失导致的Vt漂移。这有利于Flash的数据保持能力。反之，非均匀擦除模式，Cell Vt随烘焙时间增长而单调正向漂移。
显然数据保持能力与温度有强相关，这是因为高温会增强FG内电子的流失以及Tox内俘获电子的释放。对于写入状态的Cell，Vt随烘烤时间单调负移，外延到100C，会漂移0.2V，因此写入裕量需要大于0.2V。
同样的，擦除状态的Cell Vt漂移也与烘烤温度有直接关系，但现象稍微复杂。在高温下300C，Vt先负移，再正向漂移直到本征Vt=0.7V。中等温度150~250C，则Vt会先正移，之后经历负移，最后向本征Vt正移。一开始多出来的正移过程，来自FG电荷在强场下的SILC。之后的负移则是Tox内俘获电荷释放的结果。
需要注意的是，低温条件下，Tox内电子的俘获率降低，因此，数据保持时间会长很多。正常使用温度<100C，在1M次P/E循环后，最大Vt漂移的发生超过1,000,000min，数据保持时间保证10year。下图中，数据保持时间于温度倒数的斜率，被称作激活能。可以看到，循环次数并不影响激活能大小，它最终由FG电荷流失的机制决定，与Tox俘获电荷无关。
最后，我们来看Tox厚度的作用。写入状态Cell经过前20min烘烤后，Vt负移，Tox越薄，俘获电荷越少，所以Vt漂移越轻。擦除状态Cell Vt现象类似，但Tox很薄5.6nm时，SILC变强导致Vt正移。
施加较少P/E循环10~10k后，薄Tox的数据保持时间缩短。但1M次循环后，薄Tox的俘获电子更少，数据保持时间反而变长。因此，Tox厚度减薄并不会限制Flash的数据保持能力。
