40. Що таке флеш—пам’ять? Як вона побудована? Порівняйте флеш—пам’ять типу nor та nand.

Одна з версій появи цього терміну стверджує, що вперше у 1989-90 роках спеціалісти компанії Toshіba використали термін “FLASH” в контексті “миттєвий, блискавичний” при описі нових мікросхем на «програмованих» транзисторах:

.

Взагалі вважається, що винахідником такого типуЗП є компанія Іntel, яка у 1988 році представила флеш-пам’ять з архітектурою NOR. На рік пізніше інженери Toshіba розробили архітектуру NAND, яка й сьогодні використовується у мікросхемах флеш- пам’яті поряд з NOR. Власне, можна стверджувати, що NOR та NAND – це два різних типи флеш-пам’яті, що мають схожу технологію виготовлення.

NOR

Назва NOR походить від назви логічного елементу, що є елементарною коміркою флеш- пам’яті такого типу – це елемент “АБО-НЕ” (англійською – Not-OR).

Основою такого логічного елементу є МОН-транзистор з двома ізольованими затворами – плаваючим та керуючим

При програмуванні (тобто при записуванні інформації) на керуючий затвор подається імпульс високої напруги позитивної полярності. Між стоком та витоком транзистора утворюється канал, а деякі “розігріті” електрони з каналу, кількість яких залежить від амплітуди імпульсу, маючи високу енергію тунелюють крізь шар окису та потрапляють на плаваючий затвор. Надалі позитивна напруга з керуючого затвору знімається. Якщо кількість електронів на плаваючому затворі менша деякого порогового значення, то це відповідає запису логічної одиниці. Якщо ж кількість електронів на плаваючому затворі перевищує порогове значення, то це відповідає запису логічного нуля.

При читанні до керуючого затвору прикладається висока позитивна напруга. Якщо електронів у плаваючому затворі немає (або їхня кількість мала), то між стоком і витоком знову індукується канал, транзистор відкривається і читається логічна одиниця.

Якщо ж кількість електронів на плаваючому затворі відповідає логічному нулю, то канал між стоком і витоком не індукується, оскільки позитивній напрузі на керуючому затворі не вдається пересилити їхній вплив.

Для стирання інформації на керуючий затвор подається імпульс високої напруги негативної полярності і електрони з плаваючого затвора тунелюють на сток, який знаходиться під нульовим потенціалом.

Основним недоліком флеш-пам’яті з архітектурою NOR є погане масштабування: площу мікросхеми не можна зменшувати шляхом зменшення розмірів транзисторів. Це пов’язано зі способом організації матриці комірок, зображеної на рисунку вище: в NOR архітектурі до кожного з транзисторів треба підвести індивідуальний контакт.

NAND

Цей головний недолік флеш-пам’яті з архітектурою NOR було усунуто завдяки архітектурі NAND – від англійського Not-AND (логічний елемент “І-НЕ”). Тут будова та принцип роботи комірок такі ж, як і у NOR. Але організація матриці комірок (тобто їхнє з’єднання) – інша. На відміну від попередньої, тут є контактна матриця, на перетині рядків та комірок якої розташовані транзистори. Така організація флеш-пам’яті дещо краща – площу мікросхеми можна значно зменшити за рахунок зменшення розмірів елементарних комірок – транзисторів. Недолік такої організації полягає в значно нижчій, порівняно з NOR швидкості роботи в операціях з побітовим довільним доступом.

Варто звернути увагу на те, що у флеш- пам’яті для зберігання 1 біту інформації використовується одна елементарна комірка (транзистор), тоді як у ОЗП для цього необхідно три транзистори та конденсатор. Проте 1 біт на 1 елемент – це не межа. Корпорація Іntel випускає флеш-пам’ять StrataFlash, кожна комірка якої здатна зберігати 2 біти інформації. Існують дослідні зразки з 4-х бітними комірками. Така густина інформації на одну комірку досягається використанням МОН-транзисторів з багаторівневим плаваючим затвором. Він має структуру, подібну до зображеної на рисунку, а відмінність полягає в тому, що заряд у плаваючому затворі поділяється на декілька рівнів, кожному з яких ставиться у відповідність певна комбінація біт. Теоретично можна записати/прочитати і більше 4-х біт, але, на практиці, виникають проблеми з усуненням шумів та поступовим витіканням електронів з плаваючого затвора через недосконалу ізоляцію. Час збереження інформації, характерний для існуючих мікросхем флеш-пам’яті, вимірюється роками, а кількість циклів запису-

перезапису – від 100 тисяч до кількох мільйонів.