Informace

Jak funguje flash paměť: provoz

Jak funguje flash paměť: provoz


Stejně jako všechny formy polovodičové paměti a dalších elektronických technologií pomáhá pochopit, jak funguje paměť Flash.

Ve skutečnosti je provoz technologie Flash paměti velmi podobný té staré technologii EPROM, která ji již nepoužívá, ale koncepty jsou velmi podobné, i když Flash pracuje mnohem pohodlnějším způsobem.

Základy provozu flash paměti

Flash paměť je schopna poskytnout paměť s vysokou hustotou, protože k vytvoření každé paměťové buňky vyžaduje pouze několik komponent. Ve skutečnosti je struktura paměťové buňky velmi podobná EPROM.

Každá paměťová buňka Flash se skládá ze základního kanálu se zdrojem a odtokovými elektrodami oddělenými kanálem o délce přibližně 1 µm. Nad kanálem v paměťové buňce Flash je plovoucí hradlo, které je od kanálu odděleno mimořádně tenkou vrstvou oxidu, která je obvykle tlustá pouze 100 Á. Právě kvalita této vrstvy je rozhodující pro spolehlivý provoz paměti.

Nad plovoucí bránou je ovládací brána. Slouží k nabití kapacity hradla během cyklu zápisu.

V případě tradičních EPROM jsou tyto paměťové čipy vymazány aplikací UV světla. Aby to bylo možné přizpůsobit, mají tato paměťová zařízení průsvitné okno, které může být vystaveno UV záření. Tento proces však trvá až dvacet minut. Vyžaduje také vyjmutí paměťového čipu z jeho obvodu a umístění do speciální gumy, kde může být zadrženo UV světlo.

Buňka paměti Flash funguje ukládáním náboje na plovoucí bráně. Přítomnost náboje poté určí, zda bude kanál fungovat nebo ne. Během čtecího cyklu odpovídá „1“ na výstupu kanálu, který je ve stavu nízkého odporu nebo ON.

Programování paměťové buňky Flash je trochu komplikovanější a zahrnuje proces známý jako vstřikování horkých elektronů. Při programování je řídicí brána připojena k „programovacímu napětí“. Když je zdroj na zemi, odtok poté uvidí napětí kolem poloviny této hodnoty. Napětí na řídicí bráně je spojeno s plovoucí bránou prostřednictvím dielektrika, čímž se zvyšuje plovoucí brána na programovací napětí a invertuje se kanál pod ní. To má za následek, že kanálové elektrony mají vyšší rychlost driftu a zvýšenou kinetickou energii.

Kolize mezi energetickými elektrony a krystalovou mřížkou rozptylují teplo, což zvyšuje teplotu křemíku. Při programovacím napětí se zjistí, že elektrony nemohou dostatečně rychle přenášet svou kinetickou energii na okolní atomy a stávají se „žhavějšími“ a rozptylují se dále do okolí, mnoho směrem k vrstvě oxidu. Tyto elektrony překonávají 3,1 eV (elektronvolty) potřebné k překonání bariéry a hromadí se na plovoucí bráně. Protože neexistuje způsob úniku, zůstávají tam, dokud nejsou odstraněny mazacím cyklem.

Cyklus mazání paměti Flash používá proces zvaný Fowler-Nordheim tunelování. Proces je zahájen směrováním programovacího napětí ke zdroji, uzemněním řídicí brány a ponecháním odtoku plovoucí. V tomto stavu jsou elektrony přitahovány ke zdroji a tunelují z plovoucí brány a procházejí tenkou vrstvou oxidu. To ponechává plovoucí bránu bez náboje.

Obecně se proces mazání provádí pouze na několik milisekund. Po dokončení je zkontrolována každá buňka paměti Flash v bloku, aby bylo zajištěno, že byla zcela vymazána. Pokud ne, zahájí se druhý cyklus mazání.

Programování flash paměti

V raných dobách flash pamětí bylo jedním z limitujících faktorů jejich příjmu téma programování flash paměti, protože měly omezený počet cyklů vymazání programu. To bylo způsobeno ničivým rozpadem tenké vrstvy oxidu brány. Některé z prvních příkladů flash vzpomínek měly jen několik stovek cyklů. Nyní je technologie paměti Flash výrazně vylepšena a výrobci uvádějí údaje, které znamenají, že životnost paměti Flash již není problémem.

Většinu tohoto vylepšení paměti Flash přineslo zlepšení kvality oxidové vrstvy. Když se zjistí, že vzorky flash paměťových čipů mají nižší životnost, je to obvykle způsobeno tím, že výrobní proces není optimalizován pro růst oxidu. Nyní programování Flash paměti není problém a při použití Flash paměti nejsou čipy v rozumu považovány za položky s omezenou životností.

Flash přístup do paměti

Flash paměť se liší od většiny ostatních typů elektronické paměti v tom, že zatímco čtení dat lze provádět na jednotlivých adresách u určitých typů flash paměti, činnosti mazání a zápisu lze provádět pouze na bloku Flash paměti. Typická velikost bloku bude 64, 128 nebo 256 kB. Aby toho bylo možné vyhovět, je třeba vzít v úvahu nízkoúrovňový řídicí software používaný k řízení pamětí Flash, pokud mají být operace čtení a zápisu prováděny správně.

Technologie Flash paměti je schopna poskytnout velmi vysokou hustotu paměti, která je v dnešní době velmi spolehlivá a lze ji použít k ukládání dat pro různé účely - vše od paměťových karet Flash přes paměťové karty fotoaparátu až po ekvivalent pevného disku disky v počítačích.


Podívejte se na video: Kovový USB flash disk - unboxing AliExpress (Říjen 2021).