Intern struktur af NAND Flash

I 1965, efter at det bipolære rør blev opfundet af W. Shockley, W. Brattain og J. Bardeen, opdagede Gordon Moore, medstifteren af ​​Intel, en sådan regel: når prisen forbliver uændret, er mængden af ​​energi, der kan anbragt på et integreret kredsløb Antallet af transistorer fordobles cirka hvert år, og ydeevnen vil også fordobles. Faktisk vil antallet af transistorer på et integreret kredsløb fordobles omtrent hver 18. måned i løbet af de næste par år. For eksempel, i de 18 måneder mellem Pentium 1.3 og Pentium 4 steg antallet af transistorer pr. arealenhed fra 28 millioner til 55 millioner.

I dag beregnes driftsfrekvensen for processoren på en standard stationær pc i gigahertz, og kapacitetsinformationen, som hukommelsen kan gemme, beregnes i terabyte (TB). Denne stigning i antallet af transistorer pr. arealenhed er eksemplificeret ved hukommelse, som tilfældigvis også er en nøglekomponent i elektroniske systemer.

Halvlederhukommelsen kan opdeles i to hoveddele: RAM (Random Access Memories) og ROM (Read Only Memories): RAM forsvinder, efter at strømmen er slukket, mens ROM beholder den. En anden form for hukommelse, NVM (Non-Volatile Memories), er mellem de to ovennævnte typer. Dens indhold kan ændres, og dataene går ikke tabt efter et strømsvigt. Dette er mere fleksibelt end ren ROM, fordi indholdet af ROM er skrevet af producenten og ikke kan ændres af kunden.

Historien om ikke-flygtige hukommelser begyndte i 1970'erne, og den første NVM var EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), siden da indtil 1990'erne er NVM efterhånden blevet et af de vigtigste medlemmer af halvlederfamilien, og mere opmærksomhed er blevet betalt til udviklingen af ​​nye teknologier for at fremme udviklingen af ​​NVM mere end de resulterende økonomiske fordele.

Siden 1990'erne, da halvlederhukommelse er kommet ind i digitale terminalprodukter som mobiltelefoner, håndholdte computere og videokameraer, har dette marked været i en tilstand af hurtig vækst indtil i dag.

Den mest populære flash-hukommelseslagringsmetode er baseret på en teknologi kaldet Floating Gate (FG). Du kan henvise til følgende tværsnitsdiagram. Et MOS-rør er sammensat af to overlappende porte: den første er fuldstændig omgivet af oxider; mens den anden er forbundet til ydersiden. Denne enkeltdør svarer til at danne et elektronisk isolationsbælte, som sikrer, at elektronerne (data) i den kan opbevares i mange år. Processen med at oplade og aflade denne isolerede del kaldes programmer og slet. På grund af opladningen og afladningen vil potentialet femte inde i den isolerede del blive ændret; dette er arbejdsprincippet for et typisk MOS-rør. Når vi tilfører en spænding til en hukommelsescelle, kan vi skelne mellem to tilfælde: Når spændingen vi anvender er højere end Vth, genkendes den som "1", ellers genkendes den som "0".

NAND-hukommelsescellestruktur

Array

Hukommelsens lagerenheder er organiseret i form af en matrix, fordi denne organisation effektivt kan reducere den plads, hukommelsen optager. Jeg kan se forskel på NAND og NOR Flash ved at se på organiseringen af ​​hukommelsescellerne. Vi introducerer NAND nu, fordi NAND er den mest udbredte hukommelse i øjeblikket.

I NAND-arkitekturen er hukommelsesceller organiseret i serier hver 32. eller 64. som vist i figur 2.2. To transistorer til valg (de to eksterne ben på denne transistor er DSL/Mdl [forbundet til BL] eller SSL/Msl [forbundet til SL]) er placeret i begge ender af hver streng af hukommelsesceller (32 eller 64) til Dette sikrer forbindelse til kildelinjen (via Msl) og bitlinjen (via Mdl). Hver NAND-hukommelsescellestreng har en bitline, der bruges til at forbinde til andre strenge. Kontrolporte bruges til at forbinde ordlinjer (WL'er).

Logiske sider er den del, der styres af lagerenheden, der styres af den samme ordlinje. Antallet af sider, der styres af hver ordlinje, er relateret til lagerenhedens kapacitet. Baseret på lagerenhedens lagerniveau kan Flash-hukommelse opdeles i forskellige kategorier: SLC (én lagerenhed 1bit), MLS (én lagerenhed 2bit), 8LC (én lagerenhed 3bit), 16LC (én lagerenhed 4bit) .

Hvis vi betragter interleaving-tilfældet af SLC, danner ulige og lige tal forskellige sider. Et eksempel er: en SLC-ordlinje med en sidestørrelse på 4KB (4096 * 8=32768 bit) har 65536 hukommelsesplaceringer.

Selvfølgelig, hvis det er MLC, er der 4 sider, og hver hukommelsescelleserie har en LSB (mindst signifikant bit) og en MSB (mest signifikant bit). Derfor er der:

- MSB og LSB sider med lige bitlines

- MSB og LSB sider med ulige bitlinjer

Alle NAND-hukommelsescellestrenge af samme ordlinje slettes sammen ved sletning og danner således en blok (blcok), hvis to blokke er vist i 2.2, bruges den samme bus, en Blokken er sammensat af WL0<63:0>og den anden er WL1<63:0>.

Hukommelsescellestrukturen af ​​NAND Flash er en matrix. Yderligere kredsløb er påkrævet ved læsning, skrivning og sletning af NAND. Da hver matrice af NAND skal pakkes, sættes en passende en i designstadiet. Det er vigtigt at dimensionere og bygge den omgivende elektronik. For eksempel er den hierarkiske struktur af hver matrice af NAND Flash sådan her.

Figur 2.3 viser et eksempel på et hierarki. Lagerarrayet kan sættes op som flere planer (to planer i figur 2.3), markeret med ordlinjer i vandret retning og bitlinjer i vertikal retning.

Rækkedekoderen er placeret mellem de to planer. En af kredsløbets opgaver er at forspænde ordlinjerne for de valgte NAND-strenge korrekt for at sikre normal drift. Alle bitlines skal forbindes til sense-forstærkere (Sense Amp). Hver sense-forstærker kan have en eller flere bitlines, som vi vil introducere i detaljer senere i dette afsnit. Formålet med sense-forstærkeren er at konvertere strømmen i hukommelsescellen til en digital størrelse. I det perifere område er der nogle enheder, der kræves for at oplade hukommelsescellerne, såvel som spændingsstyringsenheder, logiske kredsløb og andre enheder. PAD'er bruges til at kommunikere med eksterne enheder.