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NORFLASHとNANDFLASHの基本構造と特性

著者：Onco Technology発売日：2020-11-21視聴者：790

EPROM、EEPROM、NOR FLASH、NAND FLASHなど、さまざまな種類の不揮発性ストレージ要素があります。最初の2つは基本的に削除されているため、後の2つだけに焦点を当てます。この記事では、基本的なメモリセル構造、書き込み操作、消去操作と読み取り操作の技術を簡単に紹介し、ストレージ構造によって決定されるNORとNANDの特性とアプリケーションの違いを紹介し、その後のハードウェア設計とドライバープログラミングを舗装します。

1FLASHベーシックストレージユニット---フローティングゲートフィールドエフェクトチューブ

NORFLASHとNANDFLASHはどちらも、データを格納するための基本的なストレージユニットとしてフローティングゲートFET（フローティングゲートFET）を使用しています。フローティングゲートFETには、ソースとドレインの4つの端子電極があります（ドレイン、コントロールゲート、フローティングゲート最初の3つの端子電極は通常のMOSFETと同じ効果がありますが、違いはフローティングゲートにあります。フラッシュは、フローティングゲートが電荷を蓄えるかどうかによって特徴付けられます。番号0 'と' 1 '、電荷がフローティングゲートに注入されると、DとSの間に導電性チャネルがあり、D極から' 0 'に読み取られます。フローティングゲートに電荷がない場合、DとSの間に導電性はありません。チャネル、D極から「1」まで読み取った概略図を図1.1 [1]に示します。図1.2は、実際のフローティングゲートFETの断面図です。

注：SLCは、フローティングゲートが電荷を格納して0 'と' 1 'の数値を特徴付けるかどうかを使用すると簡単に考えることができますが、MLCは、フローティングゲートの電荷量を使用して' 00 '、' 01 '、' 10 '、および' 11 '、TLCはMLCと同じです。

2FLASH基本ストレージユニットの操作---書き込み/消去/読み取り

FLASHでは、フローティングゲートに電荷を注入するために一般的に使用される2つの手法があります---ホットエレクトロン注入とFNトンネリング（ファウラーノードハイムトンネリング）。フローティングゲートから電荷を除去する手法は通常、FNトンネリングを使用します。（ファウラーノードハイムトンネリング）、基本原理を図2 [2]に示します。

書き込み操作は、フローティングゲートに電荷を注入するプロセスです。NORFLASHは、ホットエレクトロン注入によってフローティングゲートに電荷を注入し（この方法は電荷注入効率が低いため、NOR FLASHの書き込み速度が低くなります）、NANDFLASHはFNトンネルを通過します。このエフェクトは、フローティングゲートに電荷を注入します。 FLASH書き込み操作の前に、元のデータを消去する必要があります（つまり、フローティングゲートの電荷が除去されます）。つまり、FLASHが消去された後、すべての「1」が読み取られます。

消去操作は、フローティングゲートから電荷を除去するプロセスです。NORFLASHとNAND FLASHはどちらも、F-Nトンネリング効果によってフローティングゲートの電荷を除去します。

読み出し動作中、制御ゲートに印加される電圧は非常に小さく、フローティングゲートの充電量は変化しません。つまり、読み出し動作では、フラッシュの元のデータは変化しません。つまり、フローティングゲートが充電されている場合、DとSの間で変化しません。 D極から「0」まで読み取られる導電性チャネルがあります。フローティングゲートに電荷がない場合、DとSの間に導電性チャネルはなく、D極から「1」まで読み取られます。

3 NORFLASHとNANDFLASHの構造と特性

3.1 NORFLASHの構造と特性

NOR FLASH構造の概略図を図3.1に示します。各ビットラインの下の基本ストレージユニットが並列に接続されていることがわかります。ワードラインを選択すると、ワードを読み取ることができます。つまり、ビットを読み取ることができます。（つまり、ランダムアクセス）、読み取り速度が高い、図3.1は3 * 8ビットのNORFLASH原理構造図、図3.2はビットラインセクションに沿った断面図で、NORFLASHシリコンセクションの概略図を示しています。この並列構造は、NORFLASHの多くの特性を決定します。

（1）基本ストレージユニットの並列構造により、金属線が広い面積を占めるため、NOR FLASHのストレージ密度は低く、大容量ストレージを必要とするアプリケーションには適用できません。つまり、データではなくコードストレージに適しています。 -ストレージ。図3.3 [3]を参照してください。

（2）基本ストレージユニットの並列構造により、NOR FLASHはストレージユニットの独立したアドレス指定と高い読み取り効率の特性を備えているため、コードストレージに適しており、プログラムはNORで直接実行できます（つまり、RAM特性を備えています）。。

（3）NOR FLASH書き込みは、効率の低いホットエレクトロン注入方式を採用しているため、NOR書き込み率が低く、頻繁な消去・書き込みには適していません。

最後に、ヒントを次に示します。NORFLASHのNはNOTです。つまり、フローティングゲートに電荷がある場合は「0」を読み取り、電荷がない場合は「not」ロジックの一種である「1」を読み取ります。OR;の意味は、同じビットラインの下の基本的なストレージユニットが並列に接続されていることです。これは、NORの原点である一種の「または」ロジックです。

3.2 NANDFLASHの構造と特性

NAND FLASHの構造の概略図を図3.4に示します。各ビットラインの下の基本ストレージユニットが直列に接続され、NANDからのデータの読み取り単位がページであることがわかります。ページを読み取る必要がある場合、FLASHコントローラーはこのページにありません。ワードラインが電圧を印加し、他のすべてのページのワードラインに電圧が印加されるため（電圧値はフローティングゲートの充電量を変更できません）、これらのページのすべての基本メモリセルのDとSがオンになり、読みたいページ基本メモリセルのDとSのオン/オフ状態は、フローティングゲートに電荷があるかどうかによって異なります。電荷がある場合、ビットラインは「0」を読み取り、電荷のないビットラインは「1」を読み取り、ページデータを実現します。読み取ると、NANDはビット読み取り（つまり、ランダムアクセス）を実現できず、プログラムコードはNANDで実行できないことがわかります。

図3.4は、8 * 8ビットNANDフラッシュの概略構造図です。図3.5は、ビットラインセクションに沿った断面図であり、NANDフラッシュのシリコンセクションの概略図を示しています。NANDフラッシュの直列構造は、その特性の多くを決定します。

（1）基本メモリセルのシリアル構造により、金属線の占有面積が小さくなり、ダイの利用率が高くなるため、NAND FLASHの記憶密度が高く、図のように大容量の記憶が必要な用途、つまりデータの記憶に適しています。 3.3 [3]。

（2）基本ストレージユニットのシリアル構造により、NAND FLASHはビット単位で読み取ることができず、ストレージユニットの独立したアドレス指定を実現できないため、プログラムをNANDで直接実行できないため、NANDはページを読み取りユニットとして使用します。図3.6に示すように、書き込みユニットであるブロックは消去ユニットです。

（3）NAND FLASH書き込みは、効率の高いF-Nトンネル効果方式を採用しているため、NANDの消去/書き込み速度が非常に高く、頻繁な消去/書き込みに適しています。同時に、NANDはページ単位で読み取られるため、読み取り速度は低くありません（NORよりわずかに低くなります）。

最後に、ヒントを次に示します。NANDFLASHのNはNOTです。つまり、フローティングゲートに電荷がある場合は「0」を読み取り、電荷がない場合は「1」を読み取ります。これは一種の「not」ロジックです。の意味は、同じビットラインの下の基本的なメモリセルが直列に接続されていることです。これは、NANDの起源である一種の「and」ロジックです。