Interne Struktur von NAND Flash

1965, nachdem W. Shockley, W. Brattain und J. Bardeen die bipolare Röhre erfunden hatten, entdeckte Gordon Moore, der Mitbegründer von Intel, eine solche Regel: Wenn der Preis unverändert bleibt, kann die Energiemenge steigen auf einem integrierten Schaltkreis untergebracht Die Anzahl der Transistoren wird sich etwa jedes Jahr verdoppeln, und damit auch die Leistungsfähigkeit. Tatsächlich wird sich die Anzahl der Transistoren auf einem integrierten Schaltkreis in den nächsten Jahren etwa alle 18 Monate verdoppeln. Beispielsweise stieg in den 18 Monaten zwischen Pentium 1.3 und Pentium 4 die Anzahl der Transistoren pro Flächeneinheit von 28 Millionen auf 55 Millionen.

Heutzutage wird die Betriebsfrequenz des Prozessors eines Standard-Desktop-PCs in Gigahertz und die Kapazitätsinformationen, die der Speicher speichern kann, in Terabyte (TB) berechnet. Diese Zunahme der Anzahl von Transistoren pro Flächeneinheit wird durch Speicher veranschaulicht. die auch eine Schlüsselkomponente in elektronischen Systemen ist.

Halbleiterspeicher können in zwei Hauptteile unterteilt werden: RAM (Random Access Memorys) und ROM (Read Only Memorys): RAM verschwindet, nachdem der Strom abgeschaltet wurde, während ROM es behält. Eine andere Art von Speicher, NVM (Non-Volatile Memorys), liegt zwischen den beiden oben genannten Typen. Sein Inhalt kann geändert werden, und die Daten gehen nach einem Stromausfall nicht verloren. Dies ist flexibler als ein reines ROM, da der Inhalt des ROM vom Hersteller geschrieben wird und vom Kunden nicht geändert werden kann.

Die Geschichte der nichtflüchtigen Speicher begann in den 1970er Jahren, und der erste NVM war EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory). Seitdem bis in die 1990er Jahre wurde NVM allmählich zu einem der wichtigsten Mitglieder der Halbleiterfamilie und erhielt mehr Aufmerksamkeit Auf die Entwicklung neuer Technologien zur Förderung des Fortschritts von NVM wurde mehr geachtet als auf die daraus resultierenden wirtschaftlichen Vorteile.

Seit den 1990er Jahren, als Halbleiterspeicher in digitale Terminalprodukte wie Mobiltelefone, Handheld-Computer und Videokameras Einzug hielten, befindet sich dieser Markt bis heute in einem Zustand schnellen Wachstums.

Die beliebteste Flash-Speichermethode basiert auf einer Technologie namens Floating Gate (FG). Sie können sich auf das folgende Querschnittsdiagramm beziehen. Eine MOS-Röhre besteht aus zwei sich überlappenden Gates: Das erste ist vollständig von Oxiden umgeben; während der zweite mit der Außenseite verbunden ist. Diese einzelne Tür entspricht der Bildung eines elektronischen Isolationsgürtels, der sicherstellt, dass die darin enthaltenen Elektronen (Daten) viele Jahre erhalten bleiben. Der Vorgang des Ladens und Entladens dieses isolierten Teils wird als Programmieren und Löschen bezeichnet. Aufgrund des Ladens und Entladens wird das Potential Vth innerhalb des isolierten Teils geändert; das ist das Arbeitsprinzip einer typischen MOS-Röhre. Wenn wir eine Spannung an eine Speicherzelle anlegen, können wir zwei Fälle unterscheiden: Wenn die angelegte Spannung höher als Vth ist, wird sie als „1“ erkannt, andernfalls als „0“.

NAND-Speicherzellenstruktur

Array

Die Speichereinheiten des Speichers sind in Form einer Matrix organisiert, da diese Organisation den vom Speicher eingenommenen Platz effektiv reduzieren kann. Ich kann den Unterschied zwischen NAND- und NOR-Flash erkennen, indem ich mir die Organisation der Speicherzellen ansehe. Wir führen NAND jetzt ein, weil NAND derzeit der am weitesten verbreitete Speicher ist.

In der NAND-Architektur sind Speicherzellen alle 32 oder 64 in Reihe organisiert, wie in Abbildung 2.2 gezeigt. Zwei Transistoren zur Auswahl (die beiden externen Stifte dieses Transistors sind DSL/Mdl [verbunden mit BL] oder SSL/Msl [verbunden mit SL]) werden an beiden Enden jeder Kette von Speicherzellen (32 oder 64) platziert, um dies sicherzustellen Verbindung zur Quellleitung (über Msl) und Bitleitung (über Mdl). Jede NAND-Speicherzellenkette hat eine Bitleitung, die zum Verbinden mit anderen Ketten verwendet wird. Steuergates werden verwendet, um Wortleitungen (WLs) zu verbinden.

Logische Seiten sind der Teil, der von der Speichereinheit gesteuert wird, die von derselben Wortleitung gesteuert wird. Die Anzahl der von jeder Wortleitung gesteuerten Seiten hängt von der Kapazität der Speichereinheit ab. Basierend auf der Speicherebene der Speichereinheit können Flash-Speicher in verschiedene Kategorien eingeteilt werden: SLC (eine Speichereinheit 1 Bit), MLS (eine Speichereinheit 2 Bit), 8LC (eine Speichereinheit 3 ​​Bit), 16LC (eine Speichereinheit 4 Bit) .

Wenn wir den Verschachtelungsfall von SLC betrachten, bilden ungerade und gerade Zahlen jeweils unterschiedliche Seiten. Ein Beispiel ist: Eine SLC-Wortleitung mit einer Seitengröße von 4 KB (4096 * 8=32768 Bits) hat 65536 Speicherplätze.

Wenn es sich um MLC handelt, gibt es natürlich 4 Seiten, und jede Speicherzellenreihe hat ein LSB (niedrigstwertiges Bit) und ein MSB (höchstwertiges Bit). Daher gibt es:

- MSB- und LSB-Seiten von geraden Bitleitungen

- MSB- und LSB-Seiten von ungeraden Bitleitungen

Alle NAND-Speicherzellenstränge derselben Wortleitung werden beim Löschen zusammen gelöscht und bilden somit einen Block (blcok), wenn in 2.2 zwei Blöcke gezeigt werden, wird derselbe Bus verwendet, einer Der Block besteht aus WL0<63:0>und der andere ist WL1<63:0>.

Die Speicherzellenstruktur von NAND-Flash ist eine Matrix. Beim Lesen, Schreiben und Löschen von NAND sind zusätzliche Schaltungen erforderlich. Da jeder NAND-Die gehäust werden muss, wird in der Entwurfsphase ein geeigneter gesetzt. Es ist wichtig, die umgebende Elektronik zu dimensionieren und aufzubauen. So sieht beispielsweise die hierarchische Struktur jedes NAND-Flash-Chips aus.

Abbildung 2.3 zeigt ein Beispiel einer Hierarchie. Das Speicherarray kann als mehrere Ebenen (zwei Ebenen in Abbildung 2.3) eingerichtet werden, die in horizontaler Richtung mit Wortleitungen und in vertikaler Richtung mit Bitleitungen markiert sind.

Der Zeilendecoder ist zwischen den beiden Ebenen angeordnet. Eine der Aufgaben der Schaltung besteht darin, die Wortleitungen der ausgewählten NAND-Strings richtig vorzuspannen, um einen normalen Betrieb sicherzustellen. Alle Bitleitungen müssen mit Leseverstärkern (Sense Amp) verbunden werden. Jeder Leseverstärker kann eine oder mehrere Bitleitungen haben, die wir später in diesem Abschnitt ausführlich vorstellen werden. Der Zweck des Leseverstärkers besteht darin, den Strom in der Speicherzelle in eine digitale Größe umzuwandeln. Im peripheren Bereich gibt es einige Vorrichtungen, die zum Laden der Speicherzellen erforderlich sind, sowie Spannungsverwaltungsvorrichtungen, Logikschaltungen und andere Vorrichtungen. PADs werden verwendet, um mit externen Geräten zu kommunizieren.