Информация

Как работает флэш-память: работа

Как работает флэш-память: работа


Как и все формы полупроводниковой памяти и других электронных технологий, он помогает понять, как работает флэш-память.

Фактически работа технологии флэш-памяти очень похожа на работу старой технологии EPROM, которая перестала использоваться, но концепции очень похожи, хотя Flash работает гораздо более удобным образом.

Основы работы с флеш-памятью

Флэш-память может обеспечивать память высокой плотности, поскольку для каждой ячейки памяти требуется всего несколько компонентов. Фактически структура ячейки памяти очень похожа на EPROM.

Каждая ячейка флэш-памяти состоит из основного канала с электродами истока и стока, разделенными каналом длиной около 1 мкм. Над каналом в ячейке флэш-памяти находится плавающий затвор, который отделен от канала чрезвычайно тонким оксидным слоем, обычно толщиной всего 100 Å. Именно качество этого слоя имеет решающее значение для надежной работы памяти.

Над плавающими воротами находится калитка управления. Это используется для зарядки емкости затвора во время цикла записи.

В случае традиционных СППЗУ эти микросхемы памяти стираются под воздействием УФ-излучения. Для этого у этих запоминающих устройств есть полупрозрачное окно, через которое может попадать УФ-свет. Однако этот процесс занимает более двадцати минут. Также требуется, чтобы микросхема памяти была удалена из схемы и помещена в специальный ластик, в котором может удерживаться ультрафиолетовый свет.

Ячейка флэш-памяти функционирует, накапливая заряд на плавающем затворе. После этого наличие заряда будет определять, будет ли канал вести или нет. Во время цикла чтения «1» на выходе соответствует низкоомному или включенному каналу.

Программирование ячейки флэш-памяти немного сложнее и включает процесс, известный как инжекция горячих электронов. При программировании управляющий вентиль подключается к «напряжению программирования». Тогда сток будет видеть напряжение примерно в два раза меньше этого значения, пока исток находится на земле. Напряжение на управляющем затворе передается на плавающий затвор через диэлектрик, поднимая плавающий затвор до напряжения программирования и инвертируя канал под ним. Это приводит к тому, что электроны в канале имеют более высокую скорость дрейфа и увеличенную кинетическую энергию.

Столкновения между энергичными электронами и кристаллической решеткой рассеивают тепло, которое повышает температуру кремния. При программном напряжении обнаруживается, что электроны не могут передавать свою кинетическую энергию окружающим атомам достаточно быстро, и они становятся «горячее» и разлетаются дальше, многие в сторону оксидного слоя. Эти электроны преодолевают 3,1 эВ (электрон-вольт), необходимые для преодоления барьера, и накапливаются на плавающем затворе. Поскольку выхода нет, они остаются там до тех пор, пока не будут удалены циклом стирания.

Цикл стирания флэш-памяти использует процесс, называемый туннелированием Фаулера-Нордхейма. Процесс запускается путем подачи напряжения программирования к источнику, заземления управляющего затвора и оставления стока плавающим. В этом состоянии электроны притягиваются к источнику, и они туннелируют от плавающего затвора, проходя через тонкий оксидный слой. Это оставляет плавающие ворота без заряда.

Обычно процесс стирания длится всего несколько миллисекунд. По завершении каждая ячейка флэш-памяти в блоке проверяется, чтобы убедиться, что она полностью стерта. В противном случае запускается второй цикл стирания.

Программирование флэш-памяти

В первые дни использования флэш-памяти одним из ограничивающих факторов в их использовании была тема программирования флэш-памяти, поскольку у них было ограниченное количество программных циклов стирания. Это было вызвано деструктивным пробоем тонкого оксидного слоя затвора. Некоторые из ранних примеров флэш-памяти имели всего несколько сотен циклов. Сейчас технология флэш-памяти значительно улучшена, и производители приводят цифры, которые означают, что срок службы флэш-памяти больше не является проблемой.

Большая часть этого улучшения флэш-памяти была достигнута за счет улучшения качества оксидного слоя. Когда выясняется, что образцы микросхем флэш-памяти имеют более низкий срок службы, это обычно связано с тем, что производственный процесс не оптимизирован для роста оксидов. Теперь программирование флэш-памяти не представляет проблемы, и при использовании флэш-памяти микросхемы в разумных пределах не рассматриваются как элементы с ограниченным сроком службы.

Доступ к флеш-памяти

Флэш-память отличается от большинства других типов электронной памяти тем, что, хотя чтение данных может выполняться по отдельным адресам на определенных типах флэш-памяти, операции стирания и записи могут выполняться только в блоке флэш-памяти. Типичный размер блока составляет 64, 128 или 256 КБ. Чтобы приспособиться к этому, программное обеспечение низкого уровня, используемое для управления флэш-памятью, должно учитывать это, если операции чтения и записи должны выполняться правильно.

Технология флэш-памяти способна обеспечить форму памяти с очень высокой плотностью, которая в наши дни очень надежна и может использоваться для хранения данных для различных целей - от карт флэш-памяти до карт памяти камеры до эквивалента жестких вбивает компы.


Смотреть видео: Как работают микросхемы EPROM (December 2021).