NOR FLASH和NAND FLASH都是使用浮栅场效应管(Floating Gate FET)作为基本存储单元来存储数据的,浮栅场效应管共有4个端电极,分别是为源极(Source)、漏极(Drain)、控制栅极(Control Gate)和浮置栅极(Floating Gate),前3个端电极的作用于普通MOSFET是一样的,区别仅在于浮栅,FLASH就是利用浮栅是否存储电荷来表征数字0’和‘1’的,当向浮栅注入电荷后,D和S之间存在导电沟道,从D极读到‘0’;当浮栅中没有电荷时,D和S间没有导电沟道,从D极读到‘1’,原理示意图见图1.1[1],图1.2是一个实际浮栅场效应管的剖面图。
注:SLC可以简单认为是利用浮栅是否存储电荷来表征数字0’和‘1’的,MLC则是要利用浮栅中电荷的多少来表征‘00’,‘01’,‘10’和‘11’的,TLC与MLC相同。
FLASH中,常用的向浮栅注入电荷的技术有两种---热电子注入(hot electron injection)和F-N隧道效应(Fowler Nordheim tunneling);从浮栅中挪走电荷的技术通常使用F-N隧道效应(Fowler Nordheim tunneling),基本原理见图2[2]。
写操作就是向浮栅注入电荷的过程,NOR FLASH通过热电子注入方式向浮栅注入电荷(这种方法的电荷注入效率较低,因此NOR FLASH的写速率较低),NAND FLASH则通过F-N隧道效应向浮栅注入电荷。FLASH在写操作之前,必须先将原来的数据擦除(即将浮栅中的电荷挪走),也即FLASH擦除后读出的都是‘1’。
擦除操作就是从浮栅中挪走电荷的过程,NOR FLASH和NAND FLASH都是通过F-N隧道效应将浮栅中的电荷挪走的。
读出操作时,控制栅极上施加的电压很小,不会改变浮栅中的电荷量,即读出操作不会改变FLASH中原有的数据,也即浮栅有电荷时,D和S间存在导电沟道,从D极读到‘0’;当浮栅中没有电荷时,D和S间没有导电沟道,从D极读到‘1’。