flash 存储原理 - Mipaper by lciscomtw.PDF

flash 存储原理 一、半导体存储设备的原理 目前市面上出现了大量的便携式存储设备，这些设备大部分是以半导体 芯片为存储介质的。采用半导体存储介质，可以把体积变的很小，便于携带；与 硬盘之类的存储设备不同，它没有机械结构，所以也不怕碰撞；没有机械噪声； 与其它存储设备相比，耗电量很小；读写速度也非常快。半导体存储设备的主要 缺点就是价格和容量。 现在的半导体存储设备普遍采用了一种叫做 “FLASH MEMORY”的技术。 从字面上可理解为闪速存储器，它的擦写速度快是相对于 EPROM 而言的。FLASH MEMORY 是一种非易失型存储器，因为掉电后，芯片内的数据不会丢失，所以很 适合用来作电脑的外部存储设备。它采用电擦写方式、可 10 万次重复擦写、擦 写速度快、耗电量小。 1.NOR 型 FLASH 芯片 我们知道三极管具备导通和不导通两种状态，这两种状态可以用来表示数据 0 和数据 1，因此利用三极管作为存储单元的三极管阵列就可作为存储设备。 FLASH 技术是采用特殊的浮栅场效应管作为存储单元。这种场效应管的结构与普 通场管有很大区别。它具有两个栅极，一个如普通场管栅极一样，用导线引出， 称为 “选择栅”；另一个则处于二氧化硅的包围之中不与任何部分相连，这个不 与任何部分相连的栅极称为 “浮栅”。通常情况下，浮栅不带电荷，则场效应管 处于不导通状态，场效应管的漏极电平为高，则表示数据 1。编程时，场效应管 的漏极和选择栅都加上较高的编程电压，源极则接地。这样大量电子从源极流向 漏极，形成相当大的电流，产生大量热电子，并从衬底的二氧化硅层俘获电子， 由于电子的密度大，有的电子就到达了衬底与浮栅之间的二氧化硅层，这时由于 选择栅加有高电压，在电场作用下，这些电子又通过二氧化硅层到达浮栅，并在 浮栅上形成电子团。浮栅上的电子团即使在掉电的情况下，仍然会存留在浮栅上， 所以信息能够长期保存（通常来说，这个时间可达 10 年）。由于浮栅为负，所 以选择栅为正，在存储器电路中，源极接地，所以相当于场效应管导通，漏极电 平为低，即数据 0 被写入。擦除时，源极加上较高的编程电压，选择栅接地，漏 极开路。根据隧道效应和量子力学的原理，浮栅上的电子将穿过势垒到达源极， 浮栅上没有电子后，就意味着信息被擦除了。 由于热电子的速度快，所以编程时间短，并且数据保存的效果好，但是 耗电量比较大。 每个场效应管为一个独立的存储单元。一组场效应管的漏极连接在一起 组成位线，场效应管的栅极连接在一起组成选择线，可以直接访问每一个存储单 元，也就是说可以以字节或字为单位进行寻址，属于并行方式。因此可以实现快 速的随机访问，但是这种方式使得存储密度降低，相同容量时耗费的硅片面积比 较大，因而这种类型的 FLASH 芯片的价格比较高。 特点：数据线和地址线分离、以字节或字为单位编程、以块为单位擦除、 编程和擦除的速度慢、耗电量大、价格高。 2.NAND 型 FLASH 芯片 NAND 型 FLASH 芯片的存储原理与 NOR 型稍有不同，编程时，它不是利用热 电子效应，而是利用了量子的隧道效应。在选择栅加上较高的编程电压，源极和 漏极接地，使电子穿越势垒到达浮栅，并聚集在浮栅上，存储信息。擦除时仍利 用隧道效应，不过把电压反过来，从而消除浮栅上的电子，达到清除信息的结果。 利用隧道效应，编程速度比较慢，数据保存效果稍差，但是很省电。 一组场效应管为一个基本存储单元（通常为 8 位、16 位等）。一组场效应 管串行连接在一起，一组场效应管只有一根位线，属于串行方式，随机访问速度 比较慢。但是存储密度很高，可以在很小的芯片上做到很大的容量。 特点：读写操作是以页为单位的，擦除是以块为单位的，因此编程和擦 除的速度都非常快；数据线和地址线共用，采用串行方式，随机读取速度慢，不 能按字节随机编程。体积小，价格低。芯片内存在失效块，需要查错和效验功能。 3.AND 型 FLASH 芯片 AND 技术是 Hitachi 公司的专利技术。AND 是一种结合了 NOR 和 NAND 的优点的串行FLASH 芯片，它结合了 INTEL 公司的 MLC 技术，加上 0.18μm 的生 产工艺，生产出的芯片，容量更大、功耗更低、体积更小、采用单一操作电压、 块比较小。并且由于内部包含与块一样大的 RAM 缓冲区