NAND基本介紹

時(shí)間：2022-02-21 00:56:01 | 來源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-02-21 00:56:01 來源：信息時(shí)代

工作原理

閃存結(jié)合了EPROM的高密度和EEPROM結(jié)構(gòu)的變通性的優(yōu)點(diǎn)。



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。其基本單元電路如下圖所示。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)多晶硅柵極浮空在絕緣層中，與四周無(wú)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（例如負(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，則不能形成導(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圖2.2所示。與EPROM相似，它是在EPROM基本單元電路的浮空柵極的上面再生成一個(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)使第一浮空柵極的電子散失，即擦除。擦除后可重新寫入。

EPROM基本單元結(jié)構(gòu)

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)浮空柵與漏極之間的隧道效應(yīng)，將注入到浮空柵的負(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，擦除不能按字節(jié)擦除，而是全片或者分塊擦除。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的改進(jìn)，閃存也實(shí)現(xiàn)了單晶體管設(shè)計(jì)，主要就是在原有的晶體管上加入浮空柵和選擇柵，

EEPROM單元結(jié)構(gòu)

NAND閃存陣列分為一系列128kB的區(qū)塊(block)，這些區(qū)塊是NAND器件中最小的可擦除實(shí)體。擦除一個(gè)區(qū)塊就是把所有的位(bit)設(shè)置為'1'(而所有字節(jié)(byte)設(shè)置為FFh)。有必要通過編程，將已擦除的位從'1'變?yōu)?0'。最小的編程實(shí)體是字節(jié)(byte)。一些NOR閃存能同時(shí)執(zhí)行讀寫操作(見下圖1)。雖然NAND不能同時(shí)執(zhí)行讀寫操作，它可以采用稱為'映射(shadowing)'的方法，在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這種方法在個(gè)人電腦上已經(jīng)沿用多年，即將BIOS從速率較低的ROM加載到速率較高的RAM上。

NAND閃存單元結(jié)構(gòu)

傳輸速率

NAND閃存卡的讀取速度遠(yuǎn)大于寫入速度。

當(dāng)芯片磨損，抹除與程序的操作速度會(huì)降到相當(dāng)慢。傳遞多個(gè)小型文件時(shí)，若是每個(gè)文件長(zhǎng)度均小于閃存芯片所定義的區(qū)塊大小時(shí)，就可能導(dǎo)致很低的傳輸速率。訪問的遲滯也會(huì)影響性能，但還是比硬盤的遲滯影響小。

閃存控制器的質(zhì)量也是影響性能的因素之一。即使閃存只有在制造時(shí)做縮小晶粒(die-shrink)的改變，但如果欠缺合適的控制器，就可能引起速度的降級(jí)。

不同種類、不同工藝、不同技術(shù)水平的NAND閃存在讀寫速率上存在差異。同時(shí)，閃存產(chǎn)品的讀寫性能也與讀寫方式有關(guān)。一般閃存的數(shù)據(jù)接口為8位或者16位，其中8位較為常見。如果產(chǎn)品支持多通道并行讀寫，那么就會(huì)有更高的速度。

優(yōu)勢(shì)

NAND的效率較高，是因?yàn)镹AND串中沒有金屬觸點(diǎn)。NAND閃存單元的大小比NOR要小(4F2：10F2)的原因，是NOR的每一個(gè)單元都需要獨(dú)立的金屬觸點(diǎn)。NAND與硬盤驅(qū)動(dòng)器類似，基于扇區(qū)(頁(yè))，適合于存儲(chǔ)連續(xù)的數(shù)據(jù)，如圖片、音頻或個(gè)人電腦數(shù)據(jù)。雖然通過把數(shù)據(jù)映射到RAM上，能在系統(tǒng)級(jí)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取，但是，這樣做需要額外的RAM存儲(chǔ)空間。此外，跟硬盤一樣，NAND器件存在壞的扇區(qū)，需要糾錯(cuò)碼(ECC)來維持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。

存儲(chǔ)單元面積越小，裸片的面積也就越小。在這種情況下，NAND就能夠?yàn)楫?dāng)今的低成本消費(fèi)市場(chǎng)提供存儲(chǔ)容量更大的閃存產(chǎn)品。NAND閃存用于幾乎所有可擦除的存儲(chǔ)卡。NAND的復(fù)用接口為所有最新的器件和密度都提供了一種相似的引腳輸出。這種引腳輸出使得設(shè)計(jì)工程師無(wú)須改變電路板的硬件設(shè)計(jì)，就能從更小的密度移植到更大密度的設(shè)計(jì)上。