A NAND Flash belső felépítése

1965-ben, miután W. Shockley, W. Brattain és J. Bardeen feltalálta a bipoláris csövet, Gordon Moore, az Intel társalapítója felfedezett egy ilyen szabályt: ha az ár változatlan marad, mennyi energiát lehet felhasználni. integrált áramkörön elhelyezve A tranzisztorok száma körülbelül évente megduplázódik, és a teljesítmény is megduplázódik. Valójában a tranzisztorok száma egy integrált áramkörön nagyjából 18 havonta megduplázódik a következő néhány évben. Például a Pentium 1.3 és a Pentium 4 közötti 18 hónap alatt az egységnyi területre jutó tranzisztorok száma 28 millióról 55 millióra nőtt.

Ma egy szabványos asztali számítógép processzorának működési frekvenciáját gigahertzben, a memória tárolható kapacitásinformációit pedig terabájtban (TB) számítják. Az egységnyi területre jutó tranzisztorok számának növekedését jól példázza a memória, amely történetesen kulcseleme az elektronikus rendszereknek is.

A félvezető memória két fő részre osztható: RAM (Random Access Memories) és ROM (Read Only Memories): A RAM eltűnik a kikapcsolás után, míg a ROM megtartja. Egy másik típusú memória, az NVM (Non-Volatile Memories) a fenti két típus közé tartozik. Tartalma módosítható, az adatok áramszünet után sem vesznek el. Ez rugalmasabb, mint a tiszta ROM, mert a ROM tartalmát a gyártó írja, és a vásárló nem módosíthatja.

A Non-Volatile Memories története az 1970-es években kezdődött, és az első NVM az EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) volt, azóta az 1990-es évekig az NVM fokozatosan a félvezető család egyik legfontosabb tagjává vált, és egyre nagyobb figyelem az NVM fejlődését elősegítő új technológiák fejlesztésére többet fizettek, mint az ebből eredő gazdasági előnyöket.

Az 1990-es évek óta, amikor a félvezető memória bekerült az olyan digitális végtermékekbe, mint a mobiltelefonok, kézi számítógépek és videokamerák, ez a piac a mai napig gyors növekedésben van.

A legnépszerűbb Flash memória tárolási módszer a Floating Gate (FG) nevű technológián alapul. Az alábbi keresztmetszeti diagramra hivatkozhat. A MOS cső két egymást átfedő kapuból áll: az elsőt teljesen körülveszik oxidok; míg a második a külsőhöz kapcsolódik. Ez az egyetlen ajtó egy elektronikus szigetelőszalag kialakításának felel meg, amely biztosítja, hogy a benne lévő elektronok (adatok) hosszú évekig megmaradjanak. Ennek az elszigetelt résznek a feltöltésének és kisütésének folyamatát programozásnak és törlésnek nevezik. A töltés és kisütés miatt a leválasztott részen belül az V. potenciál megváltozik; ez egy tipikus MOS cső működési elve. Amikor egy memóriacellára feszültséget kapcsolunk, két esetet különböztethetünk meg: ha az általunk alkalmazott feszültség nagyobb, mint Vth, akkor "1"-ként ismeri fel, ellenkező esetben "0".

NAND memóriacella szerkezet

Sor

A memória tárolóegységei mátrixba vannak szervezve, mert ez a szervezés hatékonyan tudja csökkenteni a memória által elfoglalt helyet. Meg tudom különböztetni a NAND és a NOR Flash között, ha megnézem a memóriacellák felépítését. Most bemutatjuk a NAND-ot, mert a NAND jelenleg a legszélesebb körben használt memória.

A NAND architektúrában a memóriacellák sorba rendeződnek 32-ként vagy 64-enként, ahogy az a 2.2. ábrán látható. A kiválasztáshoz két tranzisztor (ennek a tranzisztornak a két külső érintkezője DSL/Mdl [csatlakozik a BL-hez] vagy SSL/Msl [SL-hez csatlakozik]) mindegyik memóriacella (32 vagy 64) mindkét végén van elhelyezve, hogy ez biztosítsa csatlakozás a forrásvonalhoz (Msl-n keresztül) és bitvonalhoz (Mdl-n keresztül). Minden NAND memóriacella-karakterlánchoz tartozik egy bitvonal, amely más karakterláncokhoz való kapcsolódásra szolgál. A vezérlőkapuk a szósorok (WL-ek) összekapcsolására szolgálnak.

A logikai oldalak az ugyanazon szósor által vezérelt tárolóegység által vezérelt részek. Az egyes szósorok által szabályozott oldalak száma a tárolóegység kapacitásától függ. A tárolóegység tárolási szintje alapján a Flash memória különböző kategóriákra osztható: SLC (egy tárolóegység 1 bites), MLS (egy tárolóegység 2 bites), 8LC (egy tárolóegység 3 bites), 16LC (egy tárolóegység 4 bites) .

Ha figyelembe vesszük az SLC interleaving esetét, akkor a páratlan és a páros számok különböző oldalakat alkotnak. Egy példa: egy 4 KB (4096 * 8=32768 bit) oldalméretű SLC szósor 65536 memóriahellyel rendelkezik.

Természetesen, ha MLC-ről van szó, akkor 4 oldal van, és minden memóriacella-sorozatban van egy LSB (Least Significant Bit) és egy MSB (Most Significant Bit). Ezért vannak:

- Páros bitvonalú MSB és LSB oldalak

- Páratlan bitvonalak MSB és LSB oldalai

Az azonos szósorhoz tartozó összes NAND memória cella karakterlánc törlésekor együtt törlődik, így egy blokk (blcok) keletkezik, ha két blokk látható a 2.2-ben, akkor ugyanazt a buszt használja, egy A blokk a WL0 elemből áll.<63:0>a másik pedig a WL1<63:0>.

A NAND Flash memóriacella szerkezete egy mátrix. További áramkörök szükségesek a NAND olvasásához, írásához és törléséhez. Mivel a NAND minden darabját be kell csomagolni, a megfelelőt már a tervezési szakaszban beállítják. Fontos a környező elektronika méretezése és felépítése. Például a NAND Flash egyes kockáinak hierarchikus felépítése ilyen.

A 2.3. ábra egy példát mutat egy hierarchiára. A tárolótömb több síkként is felállítható (a 2.3. ábrán két sík), amelyeket vízszintes irányban szóvonalakkal, függőlegesen bitvonalakkal jelölhetünk.

A sordekóder a két sík között található. Az áramkör egyik feladata a kiválasztott NAND karakterláncok szósorainak megfelelő torzítása a normál működés érdekében. Minden bitvonalat érzékelő erősítőkhöz (Sense Amp) kell csatlakoztatni. Minden érzékelõ erõsítõnek lehet egy vagy több bitvonala, amelyeket ebben a részben részletesen bemutatunk. Az érzékelő erősítő célja, hogy a memóriacellában lévő áramot digitális mennyiséggé alakítsa. A perifériás területen a memóriacellák töltéséhez szükséges eszközök, valamint feszültségkezelő eszközök, logikai áramkörök és egyéb eszközök találhatók. A PAD-ok külső eszközökkel való kommunikációra szolgálnak.