Interne structuur van NAND Flash

In 1965, nadat de bipolaire buis was uitgevonden door W. Shockley, W. Brattain en J. Bardeen, ontdekte Gordon Moore, de mede-oprichter van Intel, een dergelijke regel: wanneer de prijs onveranderd blijft, kan de hoeveelheid energie die kan worden ondergebracht op een geïntegreerde schakeling Het aantal transistors zal ongeveer elk jaar verdubbelen en ook de prestaties zullen verdubbelen. In feite zal het aantal transistors op een geïntegreerde schakeling de komende jaren ongeveer elke 18 maanden verdubbelen. In de 18 maanden tussen Pentium 1.3 en Pentium 4 is het aantal transistors per oppervlakte-eenheid bijvoorbeeld gestegen van 28 miljoen naar 55 miljoen.

Tegenwoordig wordt de werkfrequentie van de processor van een standaard desktop-pc berekend in gigahertz en wordt de capaciteitsinformatie die het geheugen kan opslaan berekend in terabytes (TB). Deze toename van het aantal transistors per oppervlakte-eenheid wordt geïllustreerd door geheugen, wat toevallig ook een belangrijk onderdeel is van elektronische systemen.

Halfgeleidergeheugen kan in twee hoofddelen worden verdeeld: RAM (Random Access Memories) en ROM (Read Only Memories): RAM verdwijnt nadat de stroom is uitgeschakeld, terwijl ROM het behoudt. Een ander soort geheugen, NVM (Non-Volatile Memories), zit tussen de bovenstaande twee typen in. De inhoud kan worden gewijzigd en de gegevens gaan niet verloren na een stroomstoring. Dit is flexibeler dan pure ROM, omdat de inhoud van ROM door de fabrikant wordt geschreven en niet door de klant kan worden gewijzigd.

De geschiedenis van niet-vluchtige herinneringen begon in de jaren zeventig en de eerste NVM was EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory). Sindsdien is NVM tot in de jaren negentig geleidelijk een van de belangrijkste leden van de halfgeleiderfamilie geworden meer is betaald aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën om de voortgang van NVM te bevorderen dan aan de daaruit voortvloeiende economische voordelen.

Sinds de jaren negentig, toen halfgeleidergeheugen zijn intrede deed in digitale terminalproducten zoals mobiele telefoons, draagbare computers en videocamera's, heeft deze markt tot op heden een snelle groei doorgemaakt.

De meest populaire opslagmethode voor Flash-geheugen is gebaseerd op een technologie genaamd Floating Gate (FG). U kunt verwijzen naar het volgende dwarsdoorsnedediagram. Een MOS-buis bestaat uit twee overlappende poorten: de eerste is volledig omgeven door oxiden; terwijl de tweede is verbonden met de buitenkant. Deze enkele deur staat gelijk aan het vormen van een elektronische isolatieband, die ervoor zorgt dat de elektronen (data) erin jarenlang kunnen worden vastgehouden. Het proces van het opladen en ontladen van dit geïsoleerde deel wordt programmeren en wissen genoemd. Door het laden en ontladen zal de potentiaal Vth in het geïsoleerde deel worden gewijzigd; dit is het werkingsprincipe van een typische MOS-buis. Wanneer we een spanning toepassen op een geheugencel, kunnen we twee gevallen onderscheiden: wanneer de spanning die we toepassen hoger is dan Vth, wordt het herkend als "1", anders wordt het herkend als "0".

NAND-geheugencelstructuur

Array

De opslageenheden van het geheugen zijn georganiseerd in de vorm van een matrix, omdat deze organisatie de door het geheugen ingenomen ruimte effectief kan verminderen. Ik kan het verschil tussen NAND en NOR Flash zien door naar de organisatie van de geheugencellen te kijken. We introduceren nu NAND, omdat NAND momenteel het meest gebruikte geheugen is.

In de NAND-architectuur zijn geheugencellen om de 32 of 64 in serie georganiseerd, zoals weergegeven in figuur 2.2. Twee transistors voor selectie (de twee externe pinnen van deze transistor zijn DSL/Mdl [verbonden met BL] of SSL/Msl [verbonden met SL]) worden aan beide uiteinden van elke reeks geheugencellen (32 of 64) geplaatst om verbinding met de bronlijn (via Msl) en bitlijn (via Mdl). Elke NAND-geheugencelstring heeft een bitlijn die wordt gebruikt om verbinding te maken met andere strings. Controlepoorten worden gebruikt om woordlijnen (WL's) met elkaar te verbinden.

Logische pagina's zijn het gedeelte dat wordt bestuurd door de opslageenheid die wordt bestuurd door dezelfde woordregel. Het aantal pagina's dat door elke woordlijn wordt beheerd, is gerelateerd aan de capaciteit van de opslageenheid. Op basis van het opslagniveau van de opslageenheid kan Flash-geheugen worden onderverdeeld in verschillende categorieën: SLC (één opslageenheid 1 bit), MLS (één opslageenheid 2 bits), 8LC (één opslageenheid 3 bits), 16LC (één opslageenheid 4 bits) .

Als we het interleaving-geval van SLC beschouwen, vormen oneven en even getallen respectievelijk verschillende pagina's. Een voorbeeld is: een SLC-woordregel met een paginagrootte van 4KB (4096 * 8=32768 bits) heeft 65536 geheugenlocaties.

Als het MLC is, zijn er natuurlijk 4 pagina's en heeft elke geheugencelreeks één LSB (Least Significant Bit) en één MSB (Most Significant Bit). Daarom zijn er:

- MSB- en LSB-pagina's met even bitlijnen

- MSB- en LSB-pagina's met oneven bitlijnen

Alle NAND-geheugencelstrings van dezelfde woordlijn worden bij het wissen samen gewist, waardoor een blok (blcok) wordt gevormd. Als er twee blokken worden getoond in 2.2, wordt dezelfde bus gebruikt, één Het blok bestaat uit WL0<63:0>en de andere is WL1<63:0>.

De geheugencelstructuur van NAND Flash is een matrix. Bij het lezen, schrijven en wissen van NAND zijn extra circuits nodig. Aangezien elke matrijs van NAND moet worden verpakt, wordt een geschikte in de ontwerpfase gezet. Het is belangrijk om de omringende elektronica op maat te maken en te bouwen. De hiërarchische structuur van elke dobbelsteen van NAND Flash is bijvoorbeeld als volgt.

Figuur 2.3 toont een voorbeeld van een hiërarchie. De opslagarray kan worden opgesteld als meerdere vlakken (twee vlakken in figuur 2.3), gemarkeerd met woordlijnen in de horizontale richting en bitlijnen in de verticale richting.

De rijdecoder bevindt zich tussen de twee vlakken. Een van de taken van het circuit is om de woordlijnen van de geselecteerde NAND-strings op de juiste manier te beïnvloeden om een ​​normale werking te garanderen. Alle bitlijnen moeten worden aangesloten op detectieversterkers (Sense Amp). Elke detectieversterker kan een of meer bitlijnen hebben, die we later in deze sectie in detail zullen introduceren. Het doel van de meetversterker is om de stroom in de geheugencel om te zetten in een digitale grootheid. In het perifere gebied zijn er enkele apparaten nodig om de geheugencellen op te laden, evenals spanningsbeheerapparaten, logische circuits en andere apparaten. PAD's worden gebruikt om te communiceren met externe apparaten.