(С) Сергей КРУШНЕВИЧ
Для того чтобы понять работу FLASH памяти рассмотрим устройство элементарной ячейки памяти основанной на всем нам известном полевом транзисторе [Л]. Этот транзистор отличается от обычного наличием электрически изолированного слоя поликремния под затвором. Напомню, что “поликремний” или “поликристаллический кремний” – это вещество схожее по свойствам с обычным монокристаллическим (“моно” - один) кремнием, но как следует из названия, не имеет строго-определенной кристаллической решетки. В микроелектроной промышленности поликремний получают выращиванием кремния на поликристаллической поверхности, в нашем случае - это находящийся на поверхности подложки оксид кремния (SiO2).
Для того, чтобы занести нужные данные в ячейку, нужно приложить между стоком и истоком определенный потенциал. При этом электронны получают значительную энергию и некоторые таким образом преодолевают “барер” слоя оксида кремния и попадают в поликремний. Для дальнейшего перемещения у электронов не будет достаточной энергии и они остаются “запертыми” в поликристаллическом слое – “плавающем затворе”. После снятия напряжения, потенциал “плавающего затвора” остается стабильным (читай постоянным) в течении длительного периода – десятки лет. Так как в нашем мире нет ничего идеального и оксид кремния не идеальный диэлектрик, то через него протекает очень незначительный поток электронов и потенциал плавающего затвора уменьшается. По проведенным тестам, сейчас FLASH память способна сохранять информацию до пятидесяти - ста лет, а иногда и больше. Поэтому сейчас вопросу “утечку информации” приделяют не очень много внимания.
Итак, информация записана, теперь ее нужно считать. Как вы помните полевой транзистор это прежде всего “ключ” который открывается при приложении определенного потенциала –порогового напряжения к затвору. Это потенциал зависит от концентрации основных и неосновных носителей в области канала (в
полупроводнике под затвором), расстояния от затвора до полупроводника, потенциала (заряда) диэлектрической области под затвором. Так как первые два параметра остаются постоянными в конечной микросхеме, то потенциал под затвором в технологии FLASH может меняться, так как это ни что иное, как потенциал плавающего затвора. Теперь остается лишь точно измерить пороговое напряжение, который необходимо приложить для возникновения канала (замыкания ключа) и на основе полученных данных сделать вывод, какой бит информации здесь записан: 0 – если заряд есть (пороговое напряжение составляет приблизительно 5В или выше) или 1 – если его нет (если пороговое напряжение меньше 3В). Я думаю вам все понятно:)!
Как вы заметили, при чтении информации мы замеряли пороговое напряжение, а кто сказал, что оно должно быть 3В или 5В? Оно зависит от заряда плавающего электрода, и если заряд строго дозировать, то и пороговое напряжение можно достаточно точно задать. Отсюда вывод: FLASH память является не цифровой (способной хранить в одной ячейке памяти один бит – 0 или 1) а аналоговая, способная хранить столько разных потенциалов, сколько электронов будет помещено в плавающий затвор.
К сожалению, из-за наличия токов утечки и несовершенства (читай - дороговизны) схем считывания записать столько цифровой информации сейчас невозможно, хотя существуют аналоговые запоминающие устройства, например цифровые диктофоны.
Используя то свойство памяти, что она аналоговая, корпорация Intel (www.intel.com,
www.intel.ru) создала память, у которой в одной ячейке может размещается не один, а два бита информации. В этой технологии при считывании информации различают четыре пороговые напряжения, к примеру 2В соответствует двум битам установленным в 11; 3В – 10; 4В – 01; 5В – 00.
Совершенствуя технологический процесс появляется возможность уменьшить разброс пороговых напряжений для одинакового состояния всех ячеек, что позволяет либо снизить рабочее напряжение питание либо увеличить количество бит, которые смогут быть записанными в одну ячейку.
15 грудня 2003р
SergeyK HomePage
http://sergeyk.kiev.ua