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浅析Flash闪存技术

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论文导读：区别在于闪存的晶体管加入了“浮动栅（floatinggate）”和“控制栅（Controlgate）”。并通过电容与控制栅相耦合。应用最广泛的电荷生成与存储方案是“通道热电子编程（ChannelHotElectron。另一种方案被称为“Fowler-Nordheim（FN）隧道效应法”。NOR闪存同时使用上述两种方法。而NAND闪存采用FN法写入和擦除。NOR和NAND型闪存有SLC（Single-Level-Cell。单极单元）和MLC（Multi-Level-Cell。传统上还有NOR+RAM、NOR+NAND+RAM两种组合模式。

关键词：Flash闪存,NAND闪存,NOR闪存,浮动栅,控制栅,通道热电子编程,隧道效应法,SLC,MLC,RAM

引言

目前流行的迷你移动存储产品几乎都是以闪存作为存储介质。闪存作为一种非挥发性的半导体存储芯片，具有体积小、功耗低、不易受物理破坏的优点，是移动数码产品的理想存储介质。随着价格的不断下降以及容量、密度的不断提高，闪存开始向通用化的移动存储产品发展。免费。现阶段，闪存有许多种类型，从结构上主要有AND、NAND、NOR、DINOR等，其中NAND和NOR是目前最为常见的类型。免费。NOR型闪存是目前大家接触的最多的闪存，它在存储格式和读写方式上都与大家常用的内存相近，支持随机读写，具有较高的速度，这也使其非常适合存储程序及相关数据，尤其适用于手机。而NAND型闪存的容量大，但速度比较慢，适合大量数据的连续传输和保存，多用作为电子硬盘、移动存储介质。

1、NAND、NOR闪存的基本原理

无论NAND还是NOR，都是闪存（FlashMemory）家族中的成员，两者在基本的数据存储方式和操作机理上都完全相同。闪存以单晶体管作为二进制信号的存储单元，其结构与普通的半导体晶体管非常类似，区别在于闪存的晶体管加入了“浮动栅（floatinggate）”和“控制栅（Controlgate）”。浮动栅用于贮存电子，表面被一层硅氧化物绝缘体所包覆，并通过电容与控制栅相耦合。当负电子在控制栅的作用下被注入到浮动栅中时，NAND单晶体管的存储状态就由1变成0；而当负电子从浮动栅中移走后，存储状态就由0变成1。包覆在浮动栅表面的绝缘体的作用就是将内部的电子“困住”，达到保存数据的目的。如果要写入数据，就必须将浮动栅中的负电子全部移走，令目标存储区域都处于1状态，只有遇到数据0时才发生写入动作，但这个过程需要耗费较长的时间，导致不管是NAND还是NOR型闪存，其写入速度总是慢于数据读取的速度。

2、NAND、NOR闪存的电荷生成与存储方案

一般来讲，应用最广泛的电荷生成与存储方案是“通道热电子编程（ChannelHotElectron，CHE）”，它是通过对控制栅施加高电压，使传导电子在电场的作用下突破绝缘体的屏障进入到浮动栅内部，反之亦然，以此来完成写入或抹除动作；另一种方案被称为“Fowler-Nordheim（FN）隧道效应法”，它是直接在绝缘层两侧施加高电压形成高强度电场，帮助电子穿越氧化层通道进出浮动栅。

NOR闪存同时使用上述两种方法，CHE用于数据写入，支持单字节或单字编程；FN法则用于擦除，但NOR不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片区域执行擦除操作。而NAND闪存采用FN法写入和擦除，且采用一种“页面-块”寻址的统一存储方式，单晶体管的结构相对简单，存储密度较高，擦除动作很快。

3、NAND、NOR闪存的特点

总的来说，NAND闪存可提供更大的容量，写入速度较快，单晶体管的结构相对简单，存储密度较高，擦除动作很快，但缺陷在于读出性能平平，不支持代码本地执行，且很容易出现坏块。它广泛用于数据存储相关的领域，如移动存储产品、各种类型的闪存卡、音乐播放器等。而NOR闪存支持代码本地运行，采用随机存储方式，设备可以直接存取任意区域的数据读速度也稍快，但缺陷在于很难实现较高的存储密度，写入速度稍慢，在擦除和编程操作中所花费的时间很长，无法胜任纯数据存储和文件存储之类的应用，晶体管利用效率较低、容量不占优势。它主要应用于如手机、掌上电脑等需要直接运行代码的场合。

4、NAND、NOR闪存的技术方案

NOR和NAND型闪存有SLC（Single-Level-Cell，单极单元）和MLC（Multi-Level-Cell，多级单元）两种技术方案，其中SLC是最传统的方案，基本原理是为一个存储单元对应一个比特位数据，其优点是技术成熟可靠、高性能和较长的使用寿命。并且，为了弥补容量方面的不足，采用多核心封装或芯片堆叠技术，这是当前的NAND/NOR闪存技术的绝对主流方案。

另一种MLC技术方案的主要采取让一个浮动栅能够表示两