一、存储数据的原理
两种闪存都是用三端器件作为存储单元,分别为源极、漏极和栅极,与场效应管的工作原理相同,主要是利用电场的效应来控制源极与漏极之间的通断,栅极的电流消耗极小,不同的是场效应管为单栅极结构,而FLASH为双栅极结构,在栅极与硅衬底之间增加了一个浮置栅极。
浮置栅极是由氮化物夹在两层二氧化硅材料之间构成的,中间的氮化物就是可以存储电荷的电荷势阱。上下两层氧化物的厚度大于50埃,以避免发生击穿。
二、浮栅的重放电
向数据单元内写入数据的过程就是向电荷势阱注入电荷的过程,写入数据有两种技术,热电子注入(hot electron injection)和F-N隧道效应(Fowler Nordheim tunneling),前一种是通过源极给浮栅充电,后一种是通过硅基层给浮栅充电。NOR型FLASH通过热电子注入方式给浮栅充电,而NAND则通过F-N隧道效应给浮栅充电。
在写入新数据之前,必须先将原来的数据擦除,这点跟硬盘不同,也就是将浮栅的电荷放掉,两种FLASH都是通过F-N隧道效应放电。
NAND flash的写入和擦除
NOR flash的写入和擦除
三、0和1
这方面两种FLASH一样,向浮栅中注入电荷表示写入了'0',没有注入电荷表示'1',所以对FLASH清除数据是写1的,这与硬盘正好相反;
对于浮栅中有电荷的单元来说,由于浮栅的感应作用,在源极和漏极之间将形成带正电的空间电荷区,这时无论控制极上有没有施加偏置电压,晶体管都将处于导通状态。而对于浮栅中没有电荷的晶体管来说只有当控制极上施加有适当的偏置电压,在硅基层上感应出电荷,源极和漏极才能导通,也就是说在没有给控制极施加偏置电压时,晶体管是截止的。
如果晶体管的源极接地而漏极接位线,在无偏置电压的情况下,检测晶体管的导通状态就可以获得存储单元中的数据,如果位线上的电平为低,说明晶体管处于导通状态,读取的数据为0,如果位线上为高电平,则说明晶体管处于截止状态,读取的数据为1。由于控制栅极在读取数据的过程中施加的电压较小或根本不施加电压,不足以改变浮置栅极中原有的电荷量,所以读取操作不会改变FLASH中原有的数据。
四、连接和编址方式
两种FLASH具有相同的存储单元,工作原理也一样,为了缩短存取时间并不是对每个单元进行单独