閃存

要講解閃存的存儲(chǔ)原理，還是要從EPROM和EEPROM說起。

EPROM是指其中的內(nèi)容可以通過特殊手段擦去，然后重新寫入。其基本單元電路(存儲(chǔ)細(xì)胞)，常采用浮空柵雪崩注入式MOS電路，簡(jiǎn)稱為FAMOS。它與MOS電路相似，是在N型基片上生長(zhǎng)出兩個(gè)高濃度的P型區(qū)，通過歐姆接觸分別引出源極S和漏極D。在源極和漏極之間有一個(gè)多晶硅柵極浮空在SiO2絕緣層中，與四周無直接電氣聯(lián)接。這種電路以浮空柵極是否帶電來表示存1或者0，浮空柵極帶電后(譬如負(fù)電荷)，就在其下面，源極和漏極之間感應(yīng)出正的導(dǎo)電溝道，使MOS管導(dǎo)通，即表示存入0。若浮空柵極不帶電，則不形成導(dǎo)電溝道，MOS管不導(dǎo)通，即存入1。

EEPROM基本存儲(chǔ)單元電路的工作原理如下圖所示。與EPROM相似，它是在EPROM基本單元電路的浮空柵的上面再生成一個(gè)浮空柵，前者稱為第一級(jí)浮空柵，后者稱為第二級(jí)浮空柵?？山o第二級(jí)浮空柵引出一個(gè)電極，使第二級(jí)浮空柵極接某一電壓VG。若VG為正電壓，第一浮空柵極與漏極之間產(chǎn)生隧道效應(yīng)，使電子注入第一浮空柵極，即編程寫入。若使VG為負(fù)電壓，強(qiáng)使第一級(jí)浮空柵極的電子散失，即擦除。擦除后可重新寫入。

閃存的基本單元電路，與EEPROM類似，也是由雙層浮空柵MOS管組成。但是第一層?xùn)沤橘|(zhì)很薄，作為隧道氧化層。寫入方法與EEPROM相同，在第二級(jí)浮空柵加以正電壓，使電子進(jìn)入第一級(jí)浮空柵。讀出方法與EPROM相同。擦除方法是在源極加正電壓利用第一級(jí)浮空柵與源極之間的隧道效應(yīng)，把注入至浮空柵的負(fù)電荷吸引到源極。由于利用源極加正電壓擦除，因此各單元的源極聯(lián)在一起，這樣，快擦存儲(chǔ)器不能按字節(jié)擦除，而是全片或分塊擦除。 到后來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的改進(jìn)，閃存也實(shí)現(xiàn)了單晶體管(1T)的設(shè)計(jì)，主要就是在原有的晶體管上加入了浮動(dòng)?xùn)藕瓦x擇柵，

在源極和漏極之間電流單向傳導(dǎo)的半導(dǎo)體上形成貯存電子的浮動(dòng)棚。浮動(dòng)?xùn)虐粚庸柩趸そ^緣體。它的上面是在源極和漏極之間控制傳導(dǎo)電流的選擇/控制柵。數(shù)據(jù)是0或1取決于在硅底板上形成的浮動(dòng)?xùn)胖惺欠裼须娮?。有電子?，無電子為1。

閃存就如同其名字一樣，寫入前刪除數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。具體說就是從所有浮動(dòng)?xùn)胖袑?dǎo)出電子。即將有所數(shù)據(jù)歸"1"。

寫入時(shí)只有數(shù)據(jù)為0時(shí)才進(jìn)行寫入，數(shù)據(jù)為1時(shí)則什么也不做。寫入0時(shí)，向柵電極和漏極施加高電壓，增加在源極和漏極之間傳導(dǎo)的電子能量。這樣一來，電子就會(huì)突破氧化膜絕緣體，進(jìn)入浮動(dòng)?xùn)拧?/p>

讀取數(shù)據(jù)時(shí)，向柵電極施加一定的電壓，電流大為1，電流小則定為0。浮動(dòng)?xùn)艣]有電子的狀態(tài)(數(shù)據(jù)為1)下，在柵電極施加電壓的狀態(tài)時(shí)向漏極施加電壓，源極和漏極之間由于大量電子的移動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生電流。而在浮動(dòng)?xùn)庞须娮拥臓顟B(tài)(數(shù)據(jù)為0)下，溝道中傳導(dǎo)的電子就會(huì)減少。因?yàn)槭┘釉跂烹姌O的電壓被浮動(dòng)?xùn)烹娮游蘸螅茈y對(duì)溝道產(chǎn)生影響。

NOR型與NAND型閃存的區(qū)別很大，打個(gè)比方說，NOR型閃存更像 內(nèi)存，有獨(dú)立的地址線和數(shù)據(jù)線，但價(jià)格比較貴，容量比較小;而NAND型更像硬盤，地址線和數(shù)據(jù)線是共用的I/O線，類似硬盤的所有信息都通過一條硬盤線傳送一般，而且NAND型與NOR型閃存相比，成本要低一些，而容量大得多。因此，NOR型閃存比較適合頻繁隨機(jī)讀寫的場(chǎng)合，通常用于存儲(chǔ)程序代碼并直接在閃存內(nèi)運(yùn)行，手機(jī)就是使用NOR型閃存的大戶，所以手機(jī)的"內(nèi)存"容量通常不大;NAND型閃存主要用來存儲(chǔ)資料，我們常用的閃存產(chǎn)品，如閃存盤、數(shù)碼存儲(chǔ)卡都是用NAND型閃存。這里我們還需要端正一個(gè)概念，那就是閃存的速度其實(shí)很有限，它本身操作速度、頻率就比內(nèi)存低得多，而且NAND型閃存類似硬盤的操作方式效率也比內(nèi)存的直接訪問方式慢得多。因此，不要以為閃存盤的性能瓶頸是在接口，甚至想當(dāng)然地認(rèn)為閃存盤采用USB2.0接口之后會(huì)獲得巨大的性能提升。

前面提到NAND型閃存的操作方式效率低，這和它的架構(gòu)設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)有關(guān)，它操作起來確實(shí)挺像硬盤(其實(shí)NAND型閃存在設(shè)計(jì)之初確實(shí)考慮了與硬盤的兼容性)，它的性能特點(diǎn)也很像硬盤:小數(shù)據(jù)塊操作速度很慢，而大數(shù)據(jù)塊速度就很快，這種差異遠(yuǎn)比其他存儲(chǔ)介質(zhì)大的多。這種性能特點(diǎn)非常值得我們留意。

閃存存取比較快速，無噪音，散熱小。用戶空間容量需求量小的，打算購置的話可以不考慮太多，同樣存儲(chǔ)空間買閃存。如果需要容量空間大的(如500G)，就買硬盤，較為便宜，也可以滿足用戶應(yīng)用的需求。