17) Типы индикаторных устройств (принцип действия) жк, oled, tft, плазма

Жидкие кристаллы — это вещества, проявляющие в определенном температурном интервале свойства как жидкости, так и кристаллов. Они способны в жидком состоянии сохранять упорядоченность молекул (по­добно кристаллам). Для создания жидкокристаллических индикаторов используются так называемые нематические жидкие кристаллы, которые являются структурной разновидностью данного класса веществ. Материалом для них служат смеси органических соединений, молекулы которых формируются в упорядоченные решетки. Тонкий слой жидкокристаллического вещества (десятки микрон), помещенный, например, между двумя стеклянными пластинами, довольно хорошо пропускает свет. Однако толстые слои жидкости кристаллов (несколько миллиметров) практически непрозрачны. Это связано с заметными тепловыми беспорядочными колебаниями больших групп молекул, что приводит к изменениям показателя преломления и в конечном счете сильному рассеянию света в жидкокристаллической среде. Особенный интерес представляет изменение оптических характеристик жидких кристаллов под действием внешнего электромагнитного поля. Именно это свойство используется для построения элементов индикации на основе тонких прозрачных слоев жидкокристаллических веществ.

Существуют два принципа (эффекта) работы жидкокристаллических индикаторов. Первый из них состоит в том, что при приложении электрического поля к тонкому слою жидкокристаллического вещества, заключенному между двумя стеклянными пластинками, происходит разрушение упорядоченной структуры жидких кристаллов, что вызывает диффузное рассеяние света в этой области (эффект динамического рассеяния). В результате прозрачный жидкокристаллический слой становится мутным и при внешнем освещении возникает контраст между возбужденным участком жидкости кристаллов и невозбужденным (фоном). При снятии внешнего электрического поля первоначальная структура жидких кристаллов восстанавливается и указанный контраст исчезает.

Устройство

Субпиксел цветного ЖК-дисплея

Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.

Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. Если бы жидких кристаллов не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.

Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.

Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).

Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.

Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.

Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из высокоточной электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.

Преимущества и недостатки

Искажение цветности и контрастности изображения на ЖК-мониторе с малым углом обзора матрицы, при взгляде под малым углом к его плоскости.

Перспективной технологией, которая может заменить ЖК-мониторы, часто считают OLED-дисплеи (матрица с органическими светодиодами), однако она встретила много сложностей в массовом производстве, особенно для матриц с большой диагональю.

Формирование цветного изображения

Цветные жидкокристаллические индикаторы обычно выполняют в виде матрицы, то есть на них можно сформировать любые изображения. Для формирования цветного изображения в основном используется режим просвечивания. При этом один пиксель изображения состоит из трёх элементов, напротив каждого из них располагается свой светофильтр: синий, красный и зеленый.

Стандартный одноцветный передний поляризаторКрасный, Синий, Серый, Зеленый

Технология TFT (ThinFilmTransistor) Для получения высококачественных и тем более цветных изображений используются активные матрицы. В таких матрицах в каждую ячейку ЖКИ вводится полевой транзистор. Транзисторы располагаются на обратной (тыльной) стороне панели и должны быть прозрачными. Для их изготовления используется аморфный или поликристаллический кремний, толщина транзисторов 0.1…0.01 мкм. Ведение в каждую ячейку электронного ключа исключает приложение напряжения (импульсов полувыборки) к не адресуемым ячейкам матрицы. В этом случае в матрицу объединяются не жк-элементы, а транзисторы. Выборка осуществляется путем подачи сканирующих импульсов на шины затворов и информационных импульсов на шины истоков. При совпадении импульсов обеспечивается включение выбранной ячейки. Пока транзистор включен, происходит заряд собственной емкости ячейки. При необходимости в структуру панели могут быть включены добавочные пленочные конденсаторы.

Когда с затворов транзисторов снимается сканирующее напряжение, сопротивление сток-исток становится очень большим и изолирует ячейку от горизонтальных шин. Заряд на емкости хранится до следующего цикла развертки, а ячейка остается во включенном состоянии.

Т.о., реализуется электрическая память, что снимает проблему ограничения информационной емкости из-за уменьшения контрастности и большой инерционности ЖКИ.


Конструкция цветных ЖК-панелей достаточно сложна и представляет в сечении многослойный бутерброд между двумя стеклопластинами: матрица транзисторов, слой ЖКВ, электродные системы, цветные поляризационные фильтры, подсвечивающий слой. Каждый пиксел состоит из 3-х цветных ячеек – субпиксельных элементов. Для этого в стеклянную пластину интегрировано три цветных монохромных фильтра. Р аботой каждого цветового участка управляет отдельный транзистор. Поэтому для экрана, например, с разрешением 1024х768 (15’’) требуется в три раза больше транзисторов: 3072х768.

Современные ЖКИ-экраны, работающие на просвет, имеют яркость 250 – 300 кд/м², контрастность 500:1 (типичное значение), в некоторых моделях до 1000:1, угол обзора обычно составляет 160°.

Экономически целесообразным считается размер экрана по диагонали до 21".

Что такое OLED ?

Это индикаторы на базе технологий Органических светоизлучающих диодов (OrganicLed-emitteddiodes), также называют органическими электролюминесцентными индикаторами (OEL), это технология нового поколения - более яркое и четкое монохромное или полноцветное изображение и более быстрое время отклика.  OLED индикаторы являются уникальными по своим потребительским свойствам и характеристикам благодаря новейшим технологиям и материалам в электронной промышленности. Он значительно выигрывает у обычного ЖКИ индикатора по углам обзора, яркости, толщине, весу, рабочему температурному диапазону:

• Самосветящийся, отдельная подсветка не требуется

• Легкий и тонкий (<2 мм)

• Простая структура, высокая прочность, относительно невысокая стоимость

• низкое начальное напряжение питания (3 ~ 9V) энергосберегающие технологии

• Яркий и четкий, отлично виден с любого угла.

• Высокая яркость (16 lm/W), высокая контрастность (>10,000:1) Отличное качество картинки при любом освещении.

• Быстрый отклик (10μs)

• Полноцветный

• Возможно изготовить индикатор большего размера

• Гибкость (использована пластиковая основа) 

• Широкий рабочий температурный диапазон: -40С +85С

Освещение принципов OLED:

Базовая структура OLED использует тонкий и прозрачный оксид индия-олова (ITO) с полупроводниковыми свойствами в качестве анода с металлическим катодом в виде "сэндвича" с органическим слоем материала. Органический слой использует тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров, включает в себя слой переноса дырок (HTL), эмиссионный слой (EL) и слой переноса электронов (ETL). При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом, катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Органический светодиод (англ. OrganicLight-EmittingDiode, OLED) — полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, эффективно излучающих свет при пропускании через них электрического тока.

Основное применение технология OLED находит при создании устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, нежели продажа жидкокристаллических дисплеев.

Принцип действия

Для создания органических светодиодов (OLED) используются тонкопленочные многослойные структуры, состоящие из слоев нескольких полимеров. При подаче на анод положительного относительно катода напряжения, поток электронов протекает через прибор от катода к аноду. Таким образом, катод отдает электроны в эмиссионный слой, а анод забирает электроны из проводящего слоя, или другими словами анод отдает дырки в проводящий слой. Эмиссионный слой получает отрицательный заряд, а проводящий слой — положительный. Под действием электростатических сил электроны и дырки движутся навстречу друг к другу и при встрече рекомбинируют. Это происходит ближе к эмиссионному слою, потому что в органических полупроводниках дырки обладают большей подвижностью, чем электроны. При рекомбинации происходит понижение энергии электрона, которое сопровождается испусканием (эмиссией) электромагнитного излучения в области видимого света. Поэтому слой и называется эмиссионным.

Схема 2х слойной OLED-панели: 1. Катод(−), 2. Эмиссионный слой, 3. Испускаемое излучение, 4. Проводящий слой, 5. Анод (+)

Прибор не работает при подаче на анод отрицательного относительно катода напряжения. В этом случае дырки движутся к аноду, а электроны в противоположном направлении к катоду, и рекомбинации не происходит.

В качестве материала анода обычно используется оксид индия, легированный оловом. Он прозрачный для видимого света и имеет высокую работу выхода, которая способствует инжекции дырок в полимерный слой. Для изготовления катода часто используют металлы, такие как алюминий и кальций, так как они обладают низкой работой выхода, способствующей инжекции электронов в полимерный слой.^[1]

Преимущества и недостатки

Преимущества

В сравнении c плазменными дисплеями

• меньшие габариты и вес

• более низкое энергопотребление при той же яркости

• возможность создания гибких экранов

В сравнении c жидкокристаллическими дисплеями

• меньшие габариты и вес

• отсутствие необходимости в подсветке

• большие углы обзора — изображение видно без потери качества с любого угла

• мгновенный отклик (на несколько порядков выше, чем у LCD) — по сути полное отсутствие инерционности

• высокий контраст

• возможность создания гибких экранов

• большой диапазон рабочих температур (от −40 до +70 °C^[2])

Недостатки

маленький срок службы люминофоров некоторых цветов (порядка 2-3 лет)

как следствие первого, невозможность создания долговечных полноценных TrueColor дисплеев

дороговизна и неотработанность технологии по созданию больших матриц

Главная проблема OLED — время непрерывной работы должно быть не менее 15 тыс. часов. Одна проблема, которая в настоящее время препятствует широкому распространению этой технологии в мониторах и телевизорах, состоит в том, что «красный» OLED и «зелёный» OLED могут непрерывно работать на десятки тысяч часов дольше, чем «синий» OLED. Это визуально искажает изображение, причем время качественного показа неприемлемо для коммерчески жизнеспособного устройства. Хотя сегодня[когда?] «синий» OLED всё-таки добрался до отметки в 17,5 тыс. часов (примерно 2 года) непрерывной работы.

Однако одно из решений этой проблемы - очень простое. Достаточно применять OLED белого цвета и ставить на них соответствующие цветофильтры (красного, зеленого и синего цветов). На данный момент (2013 год) его применила LG в своих моделях OLED телевизоров с добавлением также четвертого пикселя чисто белого цвета для (как утверждает этот разработчик) большей яркости изображения и более реалистичного белого цвета.

Органический светодиод

Органический светодиод (англ. OrganicLight-EmittingDiode (OLED) — органический светоизлучающий диод) — полупроводниковый прибор, для изготовления которого используют органические соединения, которые эффективно излучают свет, если пропустить через него электрический ток. В основном технология OLED применяется для производства устройств отображения информации (дисплеев). Предполагается, что производство таких дисплеев будет гораздо дешевле, чем производство

________________________________________________________________

Принцип действия

Работа плазменной панели состоит из трех этапов:

1. инициализация, в ходе которой происходит упорядочивание положения зарядов среды и её подготовка к следующему этапу (адресации). При этом на электроде адресации напряжение отсутствует, а на электрод сканирования относительно электрода подсветки подается импульс инициализации, имеющий ступенчатый вид. На первой ступени этого импульса происходит упорядочивание расположения ионовой газовой среды, на второй ступени разряд в газе, а на третьей — завершение упорядочивания.

2. адресация, в ходе которой происходит подготовка пикселя к подсвечиванию. На шину адресации подается положительный импульс (+75 В), а на шину сканирования отрицательный (-75 В). На шине подсветки напряжение устанавливается равным +150 В.

3. подсветка, в ходе которой на шину сканирования подается положительный, а на шину подсветки отрицательный импульс, равный 190 В. Сумма потенциалов ионов на каждой шине и дополнительных импульсов приводит к превышению порогового потенциала и разряду в газовой среде. После разряда происходит повторное распределение ионов у шин сканирования и подсветки. Смена полярности импульсов приводит к повторному разряду в плазме. Таким образом, сменой полярности импульсов обеспечивается многократный разряд ячейки.

Один цикл «инициализация — адресация — подсветка» образует формирование одного подполя изображения. Складывая несколько подполей можно обеспечивать изображение заданной яркости и контраста. В стандартном исполнении каждый кадр плазменной панели формируется сложением восьми подполей.

Таким образом, при подведении к электродам высокочастотного напряжения происходит ионизация газа или образование плазмы. В плазме происходит емкостной высокочастотный разряд, что приводит к ультрафиолетовому излучению, которое вызывает свечение люминофора: красное, зелёное или синее. Это свечение проходя через переднюю стеклянную пластину попадает в глаз зрителя.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• высокая контрастность;

• глубина цветов;

Недостатки:

• недолговечность(в среднем 30000 часов, выгорание дисплея, как следствие высоких рабочих температур, особенно видна пикселизация при отклонении по вертикали угла обзора, что также происходит за счет выделения большого количества тепла.)

Устройство плазменных панелей

Принцип действия плазменной панели основан на свечении специальных люминофоров при воздействии на них ультрафиолетового излучения. В свою очередь это излучение возникает при электрическом разряде в среде сильно разреженного газа. При таком разряде между электродами с управляющим напряжением образуется проводящий "шнур", состоящий из ионизированных молекул газа (плазмы). Поэтому-то газоразрядные панели, работающие на этом принципе, и получили название "газоразрядных" или, что тоже самое - "плазменных" панелей.

Подавая управляющие сигналы на вертикальные и горизонтальные проводники, нанесенные на внутренние поверхности стекол панели, схема управления PDP осуществляет соответственно "строчную" и "кадровую" развертку растра телевизионного изображения. При этом яркость каждого элемента изображения определяется временем свечения соответствующей ячейки плазменной панели: самые яркие элементы "горят" постоянно, а в наиболее темных местах они вовсе не "поджигаются". Светлые участки изображения на PDP светятся ровным светом, и поэтому изображение абсолютно не мерцает, чем выгодно отличается от картинки на экране традиционных кинескопов.

Плазма — все очень просто

Рис. 2. Цветное изображение, формируемое субпикселями основных цветов

Но вернемся к рассказу о плазменных панелях. Как уже говорилось, они состоят из множества миниатюрных флуоресцентных «ламп» — субпикселей, излучающих один из основных цветов (рис. 3). Три разноцветных субпикселя образуют единую ячейку — пиксель. Как работает флуоресцентный субпиксель? С двух его сторон расположены электроды, а сам он внутри заполнен инертным газом. Если к электродам приложить высокое переменное напряжение, то инертный газ превращается в плазму, испускающую фотоны света. Правда, излучаемый плазмой свет невидим — он находится в ультрафиолетовой части спектра. Для решения этой проблемы стенки субпикселя покрыты люминофором — специальным составом, преобразующим ультрафиолетовое излучение в один из основных цветов — красный, зеленый или синий (в зависимости от того, за какой цвет отвечает данный субпиксель). Регулируя яркость свечения субпикселей, можно получить для пикселя любой оттенок цвета.

Рис. 3. Строение плазменной панели

Но добиться нужной яркости субпикселя не так-то просто. Если уменьшить напряжение, то разряд просто погаснет, так что этот способ не годится. А вот если очень часто зажигать и гасить каждый субпиксель, то в силу инерционности человеческого зрения будет казаться, что он светится «вполнакала». Регулируя длительность горения и величину паузы, можно получить необходимую яркость. Увы, это мерцание, хоть оно и не видимо напрямую, все же вызывает усталость глаз. Так что просиживать сутки напролет перед плазменной панелью явно не стоит**.

**Впрочем, незаметное глазу мерцание свойственно и обычным ЭЛТ-телевизорам.

TFT в дисплеях

Тонкоплёночные транзисторы применяются в нескольких типах дисплеев.

Например, во многих ЖК-дисплеях используются TFT как элементы управления активной матрицей на жидких кристаллах. Однако сами тонкоплёночные транзисторы, как правило, не являются достаточно прозрачными.

В последнее время TFT стали применяться во многих OLED-дисплеях как элементы управления активной матрицей на органических светодиодах (AMOLED).

TFT (ThinFilmTransistor)— активная матрица, в которой каждый пиксел управляется отдельным транзистором.

По сравнению с пассивной матрицей, TFT LCD имеет более высокую контрастность, насыщенность, меньшее время переключения (нет "хвостов" у движущихся объектов).

Управление яркостью в жидкокристаллическом дисплее основано на поляризации света (курс общей физики): свет поляризуется, проходя через поляризационный фильтр (с определенным углом поляризации). При этом наблюдатель видит только снижение яркости света (почти в 2 раза). Если за этим фильтром поставить еще один такой фильтр, то свет будет полностью поглощаться (угол поляризации второго фильтра перпендикулярен углу поляризации первого) или полностью проходить (углы поляризации совпадают). При плавном изменении угла поляризации второго фильтра интенсивность проходящего света будет также плавно изменяться.

Принцип действия и "бутербродная" структура всех TFT LCD примерно одинакова (рис. 2). Свет от лампы подсветки (неоновая или светодиоды) проходит через первый поляризатор и попадает в слой жидких кристаллов, управляемых тонкопленочным транзистором (TFT). Транзистор создает электрическое поле, которое формирует ориентацию жидких кристаллов. Пройдя такую структуру, свет меняет свою поляризацию и будет — или полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (черный экран), или не будет поглощаться (белый), или поглощение будет частичным (цвета спектра). Цвет изображения определяют цветовые фильтры (аналогично электронно-лучевым трубкам, каждый пиксел матрицы состоит из трех субпикселов — красного, зеленого и голубого).

Рис. 2. Структура TFT LCD

Пиксел TFT

Цветные фильтры для красного, зелёного и синего цветов интегрированы в стеклянную основу и расположены близко друг к другу. Это может быть вертикальная полоса, мозаичная структура или дельта-структура (рис. 3). Каждый пиксел (точка) состоит из трёх ячеек указанных цветов (субпикселей). Это означает, что при разрешении m x n активная матрица содержит 3m x n транзисторов и субпикселов. Шаг пиксела (с тремя субпикселами) для 15.1" TFT ЖК-дисплея (1024 x 768 точек) составляет примерно 0.30 мм, а для 18.1" (1280 x 1024 точки)— 0.28 мм. TFT LCD имеют физическое ограничение, которое определяется максимальной площадью экрана. Не ждите разрешения 1280 x 1024 при диагонали 15" и шаге точки 0.297 мм.

Рис. 3. Структура цветного фильтра

На близком расстоянии точки явственно различимы, но это не беда: при формировании цвета используется свойство человеческого глаза смешивать цвета при угле зрения менее 0,03°. На расстоянии 40 см от ЖК-дисплея при шаге между субпикселами 0,1 мм угол зрения составит 0,014° (цвет каждого субпиксела различит только человек с орлиным зрением).

Активные и пассивные матрицы

Термин «пассивная матрица» (passivematrix) относится к такому конструктивному решению монитора, согласно которому монитор разделен на отдельные ячейки, каждая из которых функционирует независимо от остальных, так что в результате каждый такой элемент может быть подсвечен индивидуально для создания изображения.

Пассивные матрицы мониторов не могут обеспечить быстродействие при отображении информации на экране. Изображение формируется строка за строкой путем последовательного подвода управляющего напряжения на отдельные ячейки. Вследствие достаточно большой электрической емкости отдельных ячеек напряжение на них не может изменяться весьма быстро, поэтому изображение не отображается плавно и дрожит на экране. При этом между соседними электродами возникает некоторое взаимное влияние, которое может проявляться в виде колец на экране.

В активной матрице используются отдельные усилительные элементы для каждой ячейки экрана, компенсирующие влияние емкости ячеек и позволяющие значительно увеличить быстродействие.

Функциональные возможности ЖК монитор ов с активной матрицей почти такие же, как у дисплеев с пассивной матрицей. Разница заключается в матрице электродов, которая управляет ячейками жидких кристаллов дисплея. В случае с пассивной матрицей разные электроды получают электрический заряд циклическим методом при построчной регенерации дисплея, а в результате разряда емкостей элементов изображение исчезает, так как кристаллы возвращаются к своей изначальной конфигурации. В случае с активной матрицей к каждому электроду добавлен запоминающий транзистор, который может хранить цифровую информацию (двоичные значения «0» или «1»), и в результате изображение сохраняется до тех пор, пока не поступит другой сигнал. Такой транзистор, выполняя роль коммутирующего ключа, позволяет коммутировать более высокое (до десятков вольт) напряжение, используя сигнал низкого уровня (около 0.7 В). Благодаря применению активных ЖК-ячеек стало возможным значительно снизить уровень сигнала управления и тем самым решить проблему частичной засветки соседних ячеек.

20) Флэш-Память. Типы транзисторов, плавающий затвор

Флеш-память (англ. flash memory) — разновидностьполупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии. В быту это словосочетание закрепилось за широким классомтвердотельных устройств храненияинформации.

Благодаря компактности, дешевизне, механической прочности, большому объёму, скорости работы и низкому энергопотреблению, флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах и носителях информации. Серьёзным недостатком данной технологии является ограниченный срок эксплуатации носителей,^[1][2] а также чувствительность к электростатическому разряду.

• 

Разрез транзистора с плавающим затвором

 

• 

Программирование флеш-памяти

 

• 

Стирание флеш-памяти

NOR- и NAND-приборы[править | править исходный текст]

Различаются методом соединения ячеек в массив и алгоритмами чтения-записи.

Конструкция NOR использует классическую двумерную матрицу проводников, в которой на пересечении строк и столбцов установлено по одной ячейке. При этом проводник строк подключался к стоку транзистора, а столбцов — ко второму затвору. Исток подключался к общей для всех подложке. В такой конструкции было легко считать состояние конкретного транзистора, подав положительное напряжение на один столбец и одну строку.

Конструкция NAND — трёхмерный массив. В основе та же самая матрица, что и в NOR, но вместо одного транзистора в каждом пересечении устанавливается столбец из последовательно включенных ячеек. В такой конструкции получается много затворных цепей в одном пересечении. Плотность компоновки можно резко увеличить (ведь к одной ячейке в столбце подходит только один проводник затвора), однако алгоритм доступа к ячейкам для чтения и записи заметно усложняется.

Технология NOR позволяет получить быстрый доступ индивидуально к каждой ячейке, однако площадь ячейки велика. Наоборот, NAND имеют малую площадь ячейки, но относительно длительный доступ сразу к большой группе ячеек. Соответственно, различается область применения: NOR используется как непосредственная памятьпрограмм микропроцессоров и для хранения небольших вспомогательных данных.

Названия NOR и NAND произошли от ассоциации схемы включения ячеек в массив со схемотехникой микросхем КМОП-логики.

Существовали и другие варианты объединения ячеек в массив, но они не прижились.

• 

Компоновка шести ячеек NOR flash

 

• 

Структура одного столбца NAND flash

SLC- и MLC-приборы[править | править исходный текст]

Различают приборы, в которых элементарная ячейка хранит один бит информации и несколько бит. В однобитовых ячейках различают только два уровня заряда на плавающем затворе. Такие ячейки называют одноуровневыми (single-level cell, SLC). В многобитовых ячейках различают больше уровней заряда; их называют многоуровневыми (multi-level cell, MLC^[4][5]). MLC-приборы дешевле и более ёмкие, чем SLC-приборы, однако с большим временем доступа и меньшим максимальным количеством перезаписей.

Обычно под MLC понимают память с 4 уровнями заряда (2 бита) на каждую ячейку, память с 8 уровнями (3 бита) иногда называют TLC (Triple Level Cell)^[4][5] или 3bit MLC^[6], с 16 уровнями (4 бита) — 16LC.^[7]

Аудиопамять[править | править исходный текст]

Естественным развитием идеи MLC ячеек была мысль записать в ячейку аналоговый сигнал. Наибольшее применение такие аналоговые флеш-микросхемы получили в воспроизведении звука. Такие микросхемы получили широкое распространение во всевозможных игрушках, звуковых открытках и т. д.^[8]

Многокристальные микросхемы[править | править исходный текст]

Часто^{[источник не указан 150 дней]} в одну микросхему флеш-памяти упаковывается несколько полупроводниковых пластин (кристаллов), до 8-16 штук.^[9]

Технологические ограничения[править | править исходный текст]

Запись и чтение ячеек различаются в энергопотреблении: устройства флеш-памяти потребляют большой ток при записи для формирования высоких напряжений, тогда как при чтении затраты энергии относительно малы.

Ресурс записи[править | править исходный текст]

Изменение заряда сопряжено с накоплением необратимых изменений в структуре и потому количество записей для ячейки флеш-памяти ограничено (обычно до 10 тыс. раз для MLC-устройств и до 100 тыс. раз для SLC-устройств).

Одна из причин деградации — невозможность индивидуально контролировать заряд плавающего затвора в каждой ячейке. Дело в том, что запись и стирание производятся над множеством ячеек одновременно — это неотъемлемое свойство технологии флеш-памяти. Автомат записи контролирует достаточность инжекции заряда по референсной ячейке или по средней величине. Постепенно заряд отдельных ячеек рассогласовывается и в некоторый момент выходит за допустимые границы, которые может скомпенсировать инжекцией автомат записи и воспринять устройство чтения. Понятно, что на ресурс влияет степень идентичности ячеек. Одно из следствий этого — с уменьшением топологических норм полупроводниковой технологии создавать идентичные элементы все труднее, поэтому вопрос ресурса записи становится все острее.

Другая причина — взаимная диффузия атомов изолирующих и проводящих областей полупроводниковой структуры, ускоренная градиентом электрического поля в области кармана и периодическими электрическими пробоями изолятора при записи и стирании. Это приводит к размыванию границ и ухудшению качества изолятора, уменьшению времени хранения заряда.

Идут исследования технологии восстановления ячейки флеш-памяти путём локального нагрева изолятора затвора до 800°С в течение нескольких миллисекунд.^[10]