Flash память — это вид полупроводниковой технологии запоминающего устройства, которое можно электрически перепрограммировать.
Введение
Флэш-память является типом энергонезависимой памяти, которая поддерживает операции очистки информационных данных по отдельности или целыми блоками. Главным преимуществом данного типа памяти считается именно её энергонезависимость,то есть ей не требуется энергоснабжение для сохранения информации. Весь хранящийся информационный объём флэш-памяти може тсчитываться практически бесконечное число раз, но число полноформатных операций записи является ограниченным. Флэш-память (в английском варианте flashmemory) может быть отнесена к полупроводниковой электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Флэш-память устанавливают в небольшое по размерам цифровое оборудование и информационные носители, так как в ней используются передовые технические решения, она стоит недорого, потребляет мало электроэнергии, может иметь значительный объём, обладает хорошим быстродействием при компактных размерах и отличных показателях механической прочности.
Флэш-память обладает определёнными преимуществами по сравнению с другими типами постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), но и некоторыми недостатками. Однако на данный момент нет сомнений в том, что флэш-память продолжит укрепление своих позиций в информационных технологиях, в частности в мобильных устройствах, таких как смартфоны, планшеты и другие. На базе флэш-памяти функционируют наиболее распространённые USB флэш-накопители и портативные карты памяти для различного оборудования.
Карты памяти, аналогично USB накопителям, пользуются особым вниманием потенциальных потребителей из-за своего многообразия.Однако такое изобилие устройств памяти выгодно только производителям, а для пользователей это выливается в ряд некоторых неудобств. К примеру, бывают ситуации, когда у пользователя в телефоне стоит один тип карты памяти, в фотоаппарате другой, а в карманном персональном компьютере (КПК) третий.
Принцип действия флэш-памяти
Элементарным компонентом хранения информационных данных флэш-памяти является транзистор с плавающим затвором. Особенностью таких транзисторов является способность удерживать электроны, то есть заряд. На их базе спроектированы наиболее известные виды флэш-памяти, а именно,NAND и NOR. Конкурентной борьбы между ними нет, поскольку каждый вид имеет свои достоинства и недостатки. К тому же на их базе реализованы гибридные варианты, к примеру, это DiNOR и superAND. Производители флэш-памяти применяют два вида ячеек памяти, а именно,MLC и SLC, как показано на рисунке ниже:
Рисунок 1. Виды ячеек флэш-памяти. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Флэш-память с MLC, то есть Multi-levelcell, что означает многоуровневые ячейки памяти, считается более ёмкой и обладающей меньшей стоимостью, но она имеет большее время доступа и у нее меньше число допустимых циклов записи и стирания (примерно десять тысяч).
Флэш-память на основе SLC, то есть Single-levelcell, что означает одноуровневые ячейки памяти, обладает очень большим числом циклов записи и стирания, а именно, порядка сто тысяч раз, и небольшим временем доступа. Коррекция заряда, то есть запись и стирание, осуществляется воздействием между затвором и истоком транзистора потенциала большой величины, чтобы напряжённость электрического поля в тончайшем диэлектрике между каналом транзистора и карманом достигла значения, достаточного для появления туннельного эффекта. Чтобы усилить туннельный эффект электронов в карман при выполнении записи используется незначительное ускорение электронов за счёт протекания тока через канал полевого транзистора.
Принцип действия флэш-памяти базируется на изменении и регистрации электрических зарядов в изолированной зоне, называемой карманом, полупроводниковой структуры. Чтение осуществляется полевым транзистором, у которого карман является затвором. Потенциал плавающего затвора меняет крайние параметры транзистора, что и регистрируют цепи, выполняющие чтение. Данная структурная организация снабжена компонентами, позволяющими ей функционировать в огромном массиве подобных ячеек.
Ячейка памяти с одним транзистором
Если на управляющий затвор подать положительное напряжения (инициализация ячейки памяти), то он будет находиться в открытом состоянии, что будет соответствовать логическому нулю.А когда на плавающий затвор подаётся отрицательный заряд, а на управляющий затвор положительный потенциал, то он будет компенсировать формируемое управляющим затвором электрическое поле и это означает перекрытие канала проводимости, то есть транзистор находится в закрытом состоянии.
Следует отметить, что присутствие или отсутствие заряда на плавающем затворе однозначно задаёт состояние транзистора, а именно, открыт он или закрыт при подаче одного и того же положительного напряжения на управляющий затвор. То есть сформирован элементарный компонент памяти (ячейка памяти), который способен сохранить бит информации.Естественно, чрезвычайно важным моментом является то, что заряд на плавающем затворе, когда он там присутствует, должен оставаться там в течение длительного периода времени, то есть и при инициализации ячейки памяти, и при отсутствии напряжения на управляющем затворе. Лишь в таком варианте память останется энергонезависимой.
Осуществить процесс записи, то есть поместить заряд на плавающий затвор возможно при помощи метода инжекции горячих электронов или использованием туннельного эффекта. При использовании способа инжекции горячих электронов, на сток и управляющий затвор необходимо подать высокое напряжение, которое придаёт электронам в канале энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера.
Для удаления заряда с плавающего затвора, то есть стирания информации из ячейки памяти, на управляющий затвор следует подать необходимое отрицательное напряжение (порядка девяти вольт), а на зону истока нужно подать положительное напряжение.
