闪存的存储原理

核心提示要讲解闪存的存储原理,还是要从EPROM和EEPROM说起。EPROM是指其中的内容可以通过特殊手段擦去,然后重新写入。其基本单元电路(存储细胞),常采用浮空栅雪崩注入式MOS电路,简称为FAMOS。它与MOS电路相似,是在N型基片上生长出

要讲解闪存的存储原理,还是要从EPROM和EEPROM说起。

EPROM是指其中的内容可以通过特殊手段擦去,然后重新写入。其基本单元电路(存储细胞),常采用浮空栅雪崩注入式MOS电路,简称为FAMOS。它与MOS电路相似,是在N型基片上生长出两个高浓度的P型区,通过欧姆接触分别引出源极S和漏极D。在源极和漏极之间有一个多晶硅栅极浮空在SiO2绝缘层中,与四周无直接电气联接。这种电路以浮空栅极是否带电来表示存1或者0,浮空栅极带电后(譬如负电荷),就在其下面,源极和漏极之间感应出正的导电沟道,使MOS管导通,即表示存入0。若浮空栅极不带电,则不形成导电沟道,MOS管不导通,即存入1。

EEPROM基本存储单元电路的工作原理如下图所示。与EPROM相似,它是在EPROM基本单元电路的浮空栅的上面再生成一个浮空栅,前者称为第一级浮空栅,后者称为第二级浮空栅。可给第二级浮空栅引出一个电极,使第二级浮空栅极接某一电压VG。若VG为正电压,第一浮空栅极与漏极之间产生隧道效应,使电子注入第一浮空栅极,即编程写入。若使VG为负电压,强使第一级浮空栅极的电子散失,即擦除。擦除后可重新写入。

闪存的基本单元电路,与EEPROM类似,也是由双层浮空栅MOS管组成。但是第一层栅介质很薄,作为隧道氧化层。写入方法与EEPROM相同,在第二级浮空栅加以正电压,使电子进入第一级浮空栅。读出方法与EPROM相同。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与源极之间的隧道效应,把注入至浮空栅的负电荷吸引到源极。由于利用源极加正电压擦除,因此各单元的源极联在一起,这样,快擦存储器不能按字节擦除,而是全片或分块擦除。 到后来,随着半导体技术的改进,闪存也实现了单晶体管(1T)的设计,主要就是在原有的晶体管上加入了浮动栅和选择栅,

在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮动棚。浮动栅包裹着一层硅氧化膜绝缘体。它的上面是在源极和漏极之间控制传导电流的选择/控制栅。数据是0或1取决于在硅底板上形成的浮动栅中是否有电子。有电子为0,无电子为1。

闪存就如同其名字一样,写入前删除数据进行初始化。具体说就是从所有浮动栅中导出电子。即将有所数据归“1”。

写入时只有数据为0时才进行写入,数据为1时则什么也不做。写入0时,向栅电极和漏极施加高电压,增加在源极和漏极之间传导的电子能量。这样一来,电子就会突破氧化膜绝缘体,进入浮动栅。

读取数据时,向栅电极施加一定的电压,电流大为1,电流小则定为0。浮动栅没有电子的状态(数据为1)下,在栅电极施加电压的状态时向漏极施加电压,源极和漏极之间由于大量电子的移动,就会产生电流。而在浮动栅有电子的状态(数据为0)下,沟道中传导的电子就会减少。因为施加在栅电极的电压被浮动栅电子吸收后,很难对沟道产生影响。

说iphone6 64G和PLUS 128G TLC闪存有问题,什么概念

TLC在被用于固态硬盘之前,并不被人们所看好:写入寿命仅有几百次,随着制程微缩还可能进一步降低。不过好在闪存的发展伴随着纠错技术的进步。虽然纠错算法变得日益复杂,但纠错效果也在以日新月异的速度成长,高品质的原厂TLC闪存甚至能做到和过去的MLC一样耐用。

固态硬盘使用的纠错码主要有BCH和LDPC两种,后者出现虽然较晚但却已成为当代3D闪存的标配搭档。不过LDPC虽强,效果还是跟固件的编制水平有关,尤其是LDPC中的软解码纠错。BCH与LDPC硬解码纠错用预定的阈值电压去探测闪存单元中的数据内容,得到的结果非1即0。

在初次纠错失败的情况下,BCH可以通过多次Read Retry重读尝试恢复正确的信息;LDPC硬解码可以借助LLR对数似然比来推测数据更大可能是1还是0。

BCH祭出Read Retry之后如果依然读取失败就意味着发生不可纠正的读取错误:用户数据丢失。而LDPC此时还可以再祭出大招:软解码纠错。软解码纠错需要纠错引擎对闪存特性非常了解(不同闪存型号、不同擦写次数、不同读取干扰程度,甚至是不同温度都可能有各自的优化解码方案),采用多种读取电压进行尝试,综合LLR信息计算出可能性结果。

TLC闪存中,存储单元中有八种电压状态,硬盘的容错能力十分有限。而且TLC的电压容忍率最低,因此TLC闪存的擦写次数自然最低。所以目前大多数的TLC的写入次数只有1000次左右。耐用性(寿命)正是TLC的致命软肋。

 
友情链接
鄂ICP备19019357号-22