Загальний принцип роботи елемента флеш-пам’яті
Розглянемо простий елемент флеш-пам’яті на одному n-p-n транзисторі. Елементи подібного типу найчастіше застосовувалися в flash-пам'яті з NOR-архітектурою, а також в мікросхемах EPROM (рис.2.9). Поведінка транзистора залежить від кількості електронів на "плаваючому" затворі. "Плаваючий" затвор відіграє ту ж роль, що і конденсатор в DRAM, тобто зберігає запрограмоване значення. Поміщення заряду на "плаваючий" затвор в такому елементі проводиться методом інжекції "гарячих" електронів (CHE – channel hot electrons), а зняття заряду здійснюється методом квантомеханічного тунелювання Фаулера-Нордхейма (Fowler-Nordheim (FN)).
Під час зчитування, при відсутності заряду на "плаваючому" затворі, під впливом позитивного поля на затворі, що управляє, утворюється n-канал в підкладці між витоком і стоком, і виникає струм.
Рисунок 2.9 – Зчитування інформації flash-пам'яті з NOR-архітектурою
Наявність заряду на "плаваючому" затворі міняє вольт-амперні характеристики транзистора таким чином, що при звичайній для зчитування напрузі канал не з'являється, і струму між витоком і стоком не виникає (рис. 2.10).
Рисунок 2.10 – Ілюстрація неможливості зчитування інформації
При програмуванні (рис. 2.11) на стік і затвор, що керує, подається висока напруга (причому на затвор, що керує, напруга подається приблизно в два рази вище). "Гарячі" електрони з каналу інжектуються на плаваючий затвор і змінюють вольт-амперні характеристики транзистора. Такі електрони називають "гарячими" за те, що мають високу енергію, достатню для подолання потенціального бар'єру, створюваного тонкою плівкою діелектрика.
|
|
|
Рисунок 2.11 – Схема програмування елемента flash-пам'яті
При стиранні висока напруга подається на витік. На затвор, що керує, подається висока напруга з зарядом “-” (рис. 2.12). Електрони тунелюють на витік.
Рисунок 2.12 Схема стирання інформації з елемента flash-пам'яті
Ефект тунелювання – один з ефектів, що використовують хвильові властивості електрона. Сам ефект полягає в подоланні електроном потенціального бар'єру малої "товщини". Для наочності уявимо собі структуру, що складається з двох провідних ділянок, розділених тонким шаром діелектрика (збіднена ділянка). Подолати цей шар звичайним чином електрон не може – не вистачає енергії. Але при створенні певних умов (відповідна напруга і т.п.) електрон проскакує шар діелектрика (тунелює крізь нього), створюючи струм.
Важливо відмітити, що при тунелюванні електрон з’являється "по інший бік", не проходячи крізь діелектрик. Така ось "телепортація".
|
|
|
Відмінність методів тунелювання Фаулера-Нордхейма (FN) і методу інжекції "гарячих" електронів:
- Channel FN tunneling – не вимагає великої напруги. Елементи, що використовують FN, можуть бути менше елементів, що використовують CHE.
- CHE injection (CHEI) – вимагає вищої напруги, в порівнянні з FN. Таким чином, для роботи пам'яті потрібна підтримка подвійного живлення.
Програмування методом CHE здійснюється швидше, ніж методом FN.
Слід відмітити, що, окрім FN і CHE, існують інші методи програмування і стирання елементів, які успішно використовуються на практиці, проте два описаних нами застосовуються найчастіше.
Процедури стирання і запису сильно зношують елемент флеш-пам’яті, тому в новітніх мікросхемах деяких виробників застосовуються спеціальні алгоритми, що оптимізують процес стирання-запису, а також алгоритми, що забезпечують рівномірне використання всіх елементів в процесі функціонування.
Деякі види осередків флеш-пам’яті на основі МОП-транзисторів з "плаваючим" затвором:
- Stacked Gate Cell – елемент з багатошаровим затвором. Метод стирання – Source-Poly FN Tunneling, метод запису – Drain-Side CHE Injection.
- SST Cell, або SuperFlash Split-Gate Cell (Silicon Storage Technology – компанія-розробник технології) – елемент с розщепленим затвором. Метод стирання – Interpoly FN Tunneling, метод запису – Source-Side CHE Injection.
|
|
|
Two Transistor Thin Oxide Cell – двотранзисторний елемент з тонким шаром окислу. Метод стирання – Drain-Poly FN Tunneling, метод запису – Drain FN Tunneling.
Окрім елементів, що найбільш часто зустрічаються, з "плаваючим" затвором, існують також елементи на основі SONOS-транзисторів, які не містять плаваючого затвору. SONOS-транзистор нагадує звичайний МНОП (MNOS) транзистор. У SONOS-елементах функцію "плаваючого" затвору і оточуючого його ізолятора виконує композитний діелектрик ONO. Розшифровується SONOS (Semiconductor Oxide Nitride Oxide Semiconductor) як Напівпровідник-Діелектрик-Нитрид-Діелектрик-Напівпровідник.
Замість нитрида в майбутньому планується використовувати полікристалічний кремній.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 208; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!