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闪速存储器Flash Memory
来源:整理综合自《集成电路产业全书》 | 作者:Belle | 发布时间: 2022-07-30 | 324 次浏览 | 分享到:

闪速存储器(Flash Memory)又称闪存(Flash),是一种非易失性存储器,用存储单元阈值的高低表示数据。浮栅(Floating Gate )场效应管(见图5-80)是Flash存储单元采用的主要技术。浮栅上的电荷决定了场效应管的阈值:编程通过量子隧道效应将电子注入浮栅阈值增大,代表逻辑“0”;擦除则相反,将电子从浮栅中提出,國值减小,代表逻辑“1”。



按照存储单元连接方式的不同,闪存分为或非闪存(NOR Flash)和与非闪存(NAND Flash)两种,它们的存储单元阵列如图5-81所示。NOR Flash 单元并联连接,比NAND Flash单元面积大容量小。NOR Flash的操作类似于SRAM和DRAM,可以实现快速随机读取,所以多用于代码存储。NAND Flash单元串联连接,成为一个存储单元串,减少了接触孔的数量。NAND Flash平均单个存储单元的面积接近4F2(F为工艺特征尺寸),比NOR Flash 集成度更高,多个存储单元串构成存储单元块。NAND Flash 的擦除操作以块为单位进行,其读操作和编程操作以页为单位进行,非常适合大容量的数据存储应用。NANDFlash普遍用在智能手机、数码相机、MP3等电子产品;还可用来实现固态硬盘(Solid State Drive,SSD),作为硬盘的替代品,具有抗振、速度快、无噪声、耗电低的优点。



按照单个存储单元存储数据位的多少,Flash分为SLC、MLCTLC等。SIC MLC闪存单元阈值电压分布示意图如图5-82所示。SLC闪存的1个Flash单元存储1位信息。为了实现更高的存储密度,多电平(Muti-Level)闪存单元将阈值电压编程为多个电平,1个场效应管可以存放1位以上的信息。目前已经实现了1个闪存单元可以存放2位数据的MLC闪存和可以存放3位数据的TLC闪存。



闪存存储单元所能存放的位数取决于阈值电压能被编程和被检测的精度。存储单元的阈值电压通过调整被选字线上的电压进行检测。不同的字线电压会导致位线流过存储单元的放电电流ICELL不同,通过识别电流大小即可判断阈值的大小。NAND闪存单元阈值电压检测电路如图5-83所示。首先,节点UOUT充电至UDD,并通过场效应管MN、对位线进行充电。由于MN的栅极电压为U1,所以位线充电至电压U1-UTHN,UTHN为阈值电压。然后,MN关闭,节点UOUT停止预充。存储单元串打开后位线开始放电,此时选中单元的字线电压为U