詳解Flash存儲(chǔ)器閃存工作原理及具體步驟

什么是閃存?了解閃存最好的方式就是從它的“出生”它的“組成”均研究的透徹底底的。

閃存的存儲(chǔ)單元為三端器件，與場效應(yīng)管有相同的名稱：源極、漏極和柵極。柵極與硅襯底之間有二氧化硅絕緣層，用來保護(hù)浮置柵極中的電荷不會(huì)泄漏。采用這種結(jié)構(gòu)，使得存儲(chǔ)單元具有了電荷保持能力，就像是裝進(jìn)瓶子里的水，當(dāng)你倒入水后，水位就一直保持在那里，直到你再次倒入或倒出，所以閃存具有記憶能力。

與場效應(yīng)管一樣，閃存也是一種電壓控制型器件。NAND型閃存的擦和寫均是基于隧道效應(yīng)，電流穿過浮置柵極與硅基層之間的絕緣層，對(duì)浮置柵極進(jìn)行充電 (寫數(shù)據(jù))或放電(擦除數(shù)據(jù))。而NOR型閃存擦除數(shù)據(jù)仍是基于隧道效應(yīng)(電流從浮置柵極到硅基層)，但在寫入數(shù)據(jù)時(shí)則是采用熱電子注入方式(電流從浮置柵極到源極)。

場效應(yīng)管工作原理

場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應(yīng)管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高(108～109Ω)、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。

閃存采用MOSFET來存放數(shù)據(jù)

MOSFET結(jié)構(gòu)如下圖

數(shù)據(jù)就存放在floaTIng gate(懸浮門)之中，一個(gè)門可以存放1bit數(shù)據(jù)

如圖所示，門中電壓有個(gè)閾值Vth

如果檢測到電壓超過Vth，那么便認(rèn)為這個(gè)bit是0

數(shù)據(jù)的寫入和擦除，都通過controlgate來完成。

至于具體的步驟。

涉及到半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)，如果需要了解，請參考模擬電路相關(guān)書籍。

這是一個(gè)比特，對(duì)于閃存來說，如圖

這是一個(gè)閃存顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每一行是其中一個(gè)page，一個(gè)page由33792個(gè)剛才那樣的門組成。

共4KByte，注意這里單位是千字節(jié)1Byte=8bit 這里總共有64個(gè)page，組成了一個(gè)block。

wordline是字線，由其控制讀取和寫入，所以page是最小的讀寫單位 而這個(gè)block是最小的擦除單位。

我們知道閃存顆粒分為SLC MLC TLC 這就是因?yàn)閷?duì)電壓的分級(jí)不同。

SLC將電壓分為2級(jí)，大于Vth表示0小于Vth表示1，一個(gè)CELL只表示1個(gè)bit MLC是MulTI-Level Cell，將電壓分為4份，分別可以表示00 01 10 11，一個(gè)CELL表示2個(gè)bit TLC是Triple-Level Cell，將電壓分為8份，可以表示000 001 010 011 100 101 110 111 一個(gè)CELL表示3個(gè)bit。