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Nand-Flash-基础

Nand flash

基础信息:

  • 非易失性随机访问存储介质
  • 基于浮栅(Float Gate)晶体管

加工过程:

沙子 => 单晶硅 =>晶圆(wafer)=> 封装

一片晶圆可以划分成多个芯片,在芯片未封装前每一个小块(晶粒)就是一个die,每一个die就是一个独立功能的芯片,封装后成为闪存颗粒芯片。

芯片结构:

img

Device > Target > Die(LUN) > Plane > Block > Page > Cell

  • Device: 完整的NAND Flash 芯片,包含一个或多个Target;
  • Target: 独立的单元,每个单元可以单独寻址,包含一个或多个Die(LUN);
  • Die: 独立封装的物理单元,包含多个Plane;
  • Plane: 拥有1K或2k个奇数Block或者偶数Block;
  • Block: 执行擦除的最小单元,有多个page组成;
  • Page: 编程与读操作(读写)的最小单元,通常大小为:4KB/8KB/16KB/32KB;
  • Cell: Page中的最小操作单元,一个Cell对应一个浮栅晶体管,根据颗粒类型(SLC、MLC、TLC、QLC)每个Cell可存储1bit、2bit、3bit、4bit数据。

SLC  MIC  00  01  10  11  TLC  001  010  011  100  101  110  111  QLC  0001  0010  0011  0100  0101  0110  0111  1000  1001  1010  1011  1100  1101  1110

单个Cell:

理论上,只要存储单元能提供两种可分辨状态便可以用来记录数据

CONTROL GATE 控制闸
FLOATING GATE 浮置闸
SOURCE 源极
DRAIN 汲极(漏极)
N-channel N-信道
P-well P型半导体
  • 写数据

向控制闸施加高电压,并允许SOURCE与DRAIN之间的N信道流入电子,电流足够强时,电子获得足够能量便会越过FLOATING GATE被下方的二氧化硅单元捕获(停留在浮置闸),这个效应称为穿隧效应(Tunnel Effect)

  • 数据保留

电子进入浮置闸后,只要没有足够能量就无法逃离二氧化硅层(浮置闸),状态可以一直维持。

  • 读取数据

向控制闸施加电压,吸引浮置闸内的电子,但电流需小于穿隧时的电流不让N通道中的电子穿回去,同时N通道流过电流,利用电流感应浮置闸中的电子捕获量的数量,依靠电子数量确定0和1。

  • 数据擦除

对P型半导体施加电压,浮置闸中的电子会再次穿越二氧化硅层,成这个过程为穿隧释出(Tunnel Release)

ov  N/C  ERASE  VOLTAGE  PROGRAM  VOL AGE  N/C  ov

字 符 线  控 制 栅 极  电 荷 e .  0  w PCEVA.com/cn

  • SLC、MLC、TLC、QLC

    • SLC(Single-Level Cell):每个Cell存放1bit信息,靠浮置闸里电子捕获状态的有或无来输出成数据),有无电子对应0/1;
    • MLC(Multi-Level Cell):每个Cell存放2bit信息,浮置闸里电子的量会分为高、中、低与无四种状态,转换为二进制后变成 00、01、10、11;
    • TLC(Triple-Level Cell ):每个Cell存放3bit信息,浮置闸里的电子捕获状态分成八种,换算成二进制的 000、001、010、011、100、101、110、111,也就是3bit。
    • QLC同理,每个Cell存放4bit信息,浮置闸16种状态。

目前SLC MLC TLC QLC 四种颗粒,寿命、稳定性、成本逐次降低,速度、单颗最大容量依次升高。

NAND Flash底层原理,SLC MLC TLC比较_Christal_RJ的博客-CSDN博客_mlc原理

Nand Flash存储结构及控制方法(K9F1G08) (360doc.com)