Structura internă a NAND Flash

În 1965, după ce tubul bipolar a fost inventat de W. Shockley, W. Brattain și J. Bardeen, Gordon Moore, co-fondatorul Intel, a descoperit o astfel de regulă: când prețul rămâne neschimbat, cantitatea de energie care poate fi găzduit pe un circuit integrat Numărul de tranzistori se va dubla aproximativ în fiecare an, iar performanța se va dubla. De fapt, numărul de tranzistori de pe un circuit integrat se va dubla aproximativ la fiecare 18 luni în următorii câțiva ani. De exemplu, în cele 18 luni dintre Pentium 1.3 și Pentium 4, numărul de tranzistori pe unitate de suprafață a crescut de la 28 de milioane la 55 de milioane.

Astăzi, frecvența de funcționare a procesorului unui PC desktop standard este calculată în gigaherți, iar informațiile despre capacitatea pe care memoria le poate stoca sunt calculate în terabytes (TB). Această creștere a numărului de tranzistori pe unitate de suprafață este exemplificată de memorie, care se întâmplă să fie și o componentă cheie în sistemele electronice.

Memoria semiconductoare poate fi împărțită în două părți principale: RAM (Memorii cu acces aleatoriu) și ROM (Memorii numai pentru citire): RAM va dispărea după ce alimentarea este oprită, în timp ce ROM-ul o va păstra. Un alt tip de memorie, NVM (Memorii Non-Volatile), se află între cele două tipuri de mai sus. Conținutul acestuia poate fi modificat, iar datele nu se vor pierde după o pană de curent. Acesta este mai flexibil decât ROM-ul pur, deoarece conținutul ROM-ului este scris de producător și nu poate fi modificat de către client.

Istoria Amintirilor Non-Volatile a început în anii 1970, iar primul NVM a fost EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), de atunci și până în anii 1990, NVM a devenit treptat unul dintre cei mai importanți membri ai familiei de semiconductori și mai multă atenție. a fost plătit pentru dezvoltarea de noi tehnologii pentru a promova progresul NVM mai mult decât beneficiile economice rezultate.

Din anii 1990, pe măsură ce memoria semiconductoare a intrat în produsele terminale digitale, cum ar fi telefoanele mobile, computerele portabile și camerele video, această piață a fost într-o stare de creștere rapidă până în prezent.

Cea mai populară metodă de stocare a memoriei Flash se bazează pe o tehnologie numită Floating Gate (FG). Puteți consulta următoarea diagramă în secțiune transversală. Un tub MOS este compus din două porți suprapuse: prima este complet înconjurată de oxizi; în timp ce al doilea este conectat la exterior. Această ușă unică este echivalentă cu formarea unei centuri de izolare electronică, care asigură că electronii (datele) din ea pot fi reținuți mulți ani. Procesul de încărcare și descărcare a acestei părți izolate se numește programare și ștergere. Datorita incarcarii si descarcarii se va modifica potentialul V-lea din interiorul piesei izolate; acesta este principiul de funcționare al unui tub MOS tipic. Când aplicăm o tensiune unei celule de memorie, putem distinge două cazuri: când tensiunea pe care o aplicăm este mai mare decât Vth, este recunoscută ca „1”, altfel este recunoscută ca „0”.

Structura celulei de memorie NAND

Matrice

Unitățile de stocare ale memoriei sunt organizate sub formă de matrice, deoarece această organizare poate reduce efectiv spațiul ocupat de memorie. Pot face diferența dintre NAND și NOR Flash uitându-mă la organizarea celulelor de memorie. Introducem acum NAND, deoarece NAND este cea mai utilizată memorie în prezent.

În arhitectura NAND, celulele de memorie sunt organizate în serie la fiecare 32 sau 64, așa cum se arată în Figura 2.2. Două tranzistoare pentru selecție (cei doi pini externi ai acestui tranzistor sunt DSL/Mdl [conectat la BL] sau SSL/Msl [conectat la SL]) sunt plasați la ambele capete ale fiecărui șir de celule de memorie (32 sau 64) pentru a asigura conexiune la linia sursă (prin Msl) și linia de biți (prin Mdl). Fiecare șir de celule de memorie NAND are o linie de biți utilizată pentru a se conecta la alte șiruri. Porțile de control sunt folosite pentru a conecta liniile de cuvinte (WL).

Paginile logice sunt partea controlată de unitatea de stocare controlată de aceeași linie de cuvinte. Numărul de pagini controlat de fiecare linie de cuvinte este legat de capacitatea unității de stocare. În funcție de nivelul de stocare al unității de stocare, memoria flash poate fi împărțită în diferite categorii: SLC (o unitate de stocare 1 bit), MLS (o unitate de stocare 2 biți), 8LC (o unitate de stocare 3 biți), 16LC (o unitate de stocare 4 biți) .

Dacă luăm în considerare cazul de intercalare al SLC, numerele pare și, respectiv, impare formează pagini diferite. Un exemplu este: o linie de cuvinte SLC cu o dimensiune de pagină de 4KB (4096 * 8=32768 biți) are 65536 de locații de memorie.

Desigur, dacă este MLC, sunt 4 pagini și fiecare serie de celule de memorie are câte un LSB (Least Significant Bit) și un MSB (Most Significant Bit). Prin urmare, există:

- Pagini MSB și LSB de linii de biți pare

- Pagini MSB și LSB cu linii de biți impare

Toate șirurile de celule de memorie NAND ale aceleiași linii de cuvinte sunt șterse împreună la ștergere, formând astfel un bloc (blcok), dacă sunt afișate două blocuri în 2.2, se folosește aceeași magistrală, unul Blocul este compus din WL0<63:0>iar celălalt este WL1<63:0>.

Structura celulei de memorie a NAND Flash este o matrice. Sunt necesare circuite suplimentare atunci când citiți, scrieți și ștergeți NAND. Deoarece fiecare matriță de NAND trebuie ambalată, în faza de proiectare este stabilită una adecvată. Este important să dimensionați și să construiți electronicele din jur. De exemplu, structura ierarhică a fiecărei matrițe a NAND Flash este așa.

Figura 2.3 prezintă un exemplu de ierarhie. Matricea de stocare poate fi configurată ca mai multe planuri (două planuri în Figura 2.3), marcate cu linii de cuvinte în direcția orizontală și linii de biți în direcția verticală.

Row Decoder este situat între cele două planuri. Una dintre sarcinile circuitului este de a polariza corect liniile de cuvinte ale șirurilor NAND selectate pentru a asigura funcționarea normală. Toate liniile de biți trebuie să fie conectate la amplificatoare de sens (Sense Amp). Fiecare amplificator de sens poate avea una sau mai multe linii de biți, pe care le vom prezenta în detaliu mai târziu în această secțiune. Scopul amplificatorului de sens este de a converti curentul din celula de memorie într-o cantitate digitală. În zona periferică, există unele dispozitive necesare pentru încărcarea celulelor de memorie, precum și dispozitive de gestionare a tensiunii, circuite logice și alte dispozitive. PAD-urile sunt folosite pentru a comunica cu dispozitive externe.