Η αρχή αποθήκευσης της μνήμης flash
Jul 03, 2022| Για να εξηγήσουμε την αρχή αποθήκευσης της μνήμης flash, πρέπει ακόμα να ξεκινήσουμε με τα EPROM και EEPROM.
Το EPROM σημαίνει ότι το περιεχόμενό του μπορεί να διαγραφεί με ειδικά μέσα και στη συνέχεια να ξαναγραφτεί. Το βασικό κύκλωμα μονάδας (κελί αποθήκευσης) χρησιμοποιεί συχνά ένα κύκλωμα MOS έγχυσης χιονοστιβάδας αιωρούμενης πύλης, που συντομογραφείται ως FAMOS. Είναι παρόμοιο με το κύκλωμα MOS, στο οποίο αναπτύσσονται δύο περιοχές τύπου P υψηλής συγκέντρωσης στο υπόστρωμα τύπου Ν και η πηγή S και η αποχέτευση D εξέρχονται αντίστοιχα μέσω ωμικών επαφών. Υπάρχει μια πύλη πολυπυριτίου που επιπλέει στο μονωτικό στρώμα SiO2 μεταξύ του ηλεκτροδίου πηγής και του ηλεκτροδίου αποστράγγισης και δεν υπάρχει άμεση ηλεκτρική σύνδεση με το περιβάλλον. Αυτό το είδος κυκλώματος υποδεικνύει εάν η αιωρούμενη πύλη φορτίζεται για την αποθήκευση 1 ή 0. Αφού φορτιστεί η αιωρούμενη πύλη (όπως αρνητικό φορτίο), ένα θετικό αγώγιμο κανάλι προκαλείται μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης κάτω από αυτήν, έτσι ώστε ο σωλήνας The MOS να είναι ενεργοποιημένος, πράγμα που σημαίνει ότι αποθηκεύεται το 0. Εάν η αιωρούμενη πύλη δεν φορτιστεί, δεν σχηματίζεται αγώγιμο κανάλι και ο σωλήνας MOS δεν είναι ενεργοποιημένος, δηλαδή αποθηκεύεται το 1.
Η αρχή λειτουργίας του κυκλώματος βασικής μονάδας αποθήκευσης EEPROM φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Παρόμοια με το EPROM, δημιουργεί μια αιωρούμενη πύλη πάνω από την αιωρούμενη πύλη του βασικού κυκλώματος μονάδας EPROM. Η πρώτη ονομάζεται πλωτή πύλη πρώτου επιπέδου και η δεύτερη ονομάζεται πλωτή πύλη δεύτερου επιπέδου. Ένα ηλεκτρόδιο μπορεί να συρθεί προς την πλωτή πύλη δεύτερου επιπέδου, έτσι ώστε η πλωτή πύλη δεύτερου επιπέδου να συνδέεται με μια συγκεκριμένη τάση VG. Εάν η VG είναι θετική τάση, δημιουργείται ένα φαινόμενο σήραγγας μεταξύ της πρώτης αιωρούμενης πύλης και της αποστράγγισης, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να εγχέονται στην πρώτη αιωρούμενη πύλη, δηλαδή στον προγραμματισμό και την εγγραφή. Εάν η VG είναι αρνητική τάση, τα ηλεκτρόνια της κινητής πύλης πρώτου σταδίου αναγκάζονται να διαλυθούν, δηλαδή να διαγραφούν. Μπορεί να ξαναγραφτεί μετά τη διαγραφή.
Το βασικό κύκλωμα μονάδας της μνήμης flash, παρόμοιο με το EEPROM, αποτελείται επίσης από τρανζίστορ MOS πλωτής πύλης διπλής στρώσης. Αλλά το πρώτο διηλεκτρικό πύλης είναι λεπτό και λειτουργεί ως οξείδιο της σήραγγας. Η μέθοδος γραφής είναι η ίδια με αυτή της EEPROM. Μια θετική τάση εφαρμόζεται στην πλωτή πύλη δεύτερου επιπέδου για να κάνει τα ηλεκτρόνια να εισέλθουν στην πλωτή πύλη πρώτου επιπέδου. Η μέθοδος ανάγνωσης είναι η ίδια με την EPROM. Η μέθοδος διαγραφής είναι η εφαρμογή θετικής τάσης στην πηγή και η χρήση του φαινομένου της σήραγγας μεταξύ της πλωτής πύλης πρώτου επιπέδου και της πηγής για να προσελκύσει το αρνητικό φορτίο που εγχέεται στην αιωρούμενη πύλη προς την πηγή. Δεδομένου ότι η πηγή διαγράφεται με θετική τάση, οι πηγές κάθε μονάδας συνδέονται μεταξύ τους, έτσι ώστε η μνήμη flash να μην μπορεί να διαγραφεί με byte, αλλά να διαγραφεί ολόκληρη ή σε μπλοκ. Αργότερα, με τη βελτίωση της τεχνολογίας ημιαγωγών, η μνήμη flash πραγματοποίησε επίσης το σχεδιασμό ενός τρανζίστορ (1Τ), προσθέτοντας κυρίως αιωρούμενη πύλη και πύλη επιλογής στο αρχικό τρανζίστορ.
Ένα πλωτό υπόστεγο για την αποθήκευση ηλεκτρονίων σχηματίζεται στον ημιαγωγό όπου το ρεύμα διεξάγεται μονοκατευθυντικά μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Η πλωτή πύλη είναι τυλιγμένη με μονωτή μεμβράνης οξειδίου του πυριτίου. Πάνω από αυτό βρίσκεται η πύλη επιλογής/ελέγχου που ελέγχει το ρεύμα αγωγιμότητας μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Τα δεδομένα είναι {{0}} ή 1 ανάλογα με το αν υπάρχουν ηλεκτρόνια στην πλωτή πύλη που σχηματίζεται στο υπόστρωμα πυριτίου. 0 με ηλεκτρόνια, 1 χωρίς ηλεκτρόνια.
Η μνήμη flash, όπως υποδηλώνει το όνομά της, αρχικοποιείται με τη διαγραφή δεδομένων πριν από την εγγραφή. Συγκεκριμένα, εξάγονται ηλεκτρόνια από όλες τις πλωτές πύλες. Ορισμένα δεδομένα θα επιστραφούν σύντομα στο "1".
Όταν γράφετε, γράφετε μόνο όταν τα δεδομένα είναι {{0}} και μην κάνετε τίποτα όταν τα δεδομένα είναι 1. Όταν γράφεται ένα 0, εφαρμόζεται υψηλή τάση στο ηλεκτρόδιο της πύλης και στην αποστράγγιση, αυξάνοντας την ενέργεια του ηλεκτρόνια που μεταφέρονται μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης. Αυτό επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να διαπεράσουν τον μονωτή μεμβράνης οξειδίου και να εισέλθουν στην πλωτή πύλη.
Κατά την ανάγνωση δεδομένων, εφαρμόζεται μια συγκεκριμένη τάση στο ηλεκτρόδιο πύλης, το ρεύμα είναι 1 όταν το ρεύμα είναι μεγάλο και 0 όταν το ρεύμα είναι μικρό. Σε μια κατάσταση όπου η αιωρούμενη πύλη δεν έχει ηλεκτρόνια (τα δεδομένα είναι 1), εφαρμόζεται τάση στην αποχέτευση όταν εφαρμόζεται τάση στο ηλεκτρόδιο πύλης και δημιουργείται ρεύμα λόγω της κίνησης μεγάλου αριθμού ηλεκτρονίων μεταξύ του πηγή και την αποχέτευση. Στην κατάσταση όπου η αιωρούμενη πύλη έχει ηλεκτρόνια (τα δεδομένα είναι 0), τα ηλεκτρόνια που μεταφέρονται στο κανάλι θα μειωθούν. Επειδή η τάση που εφαρμόζεται στο ηλεκτρόδιο πύλης απορροφάται από τα ηλεκτρόνια της κινητής πύλης, είναι δύσκολο να επηρεαστεί το κανάλι.