NAND閃存內(nèi)部結(jié)構(gòu)解析

NAND閃存是一種電壓原件，靠其內(nèi)存電壓來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

市場(chǎng)上主流的掉電還能保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)芯片主要有，EEPROM，NOR FLASH, NAND FLASH，EMMC, UFS。

閃存的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場(chǎng)效晶體管(MOSFET)，里面有一個(gè)浮置柵極(Floating Gate)，它便是真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。請(qǐng)看下圖：

數(shù)據(jù)在閃存的存儲(chǔ)單元中是以電荷(electrical charge) 形式存儲(chǔ)的。存儲(chǔ)電荷的多少，取決于圖中的控制柵極(Control gate)所被施加的電壓，其控制了是向存儲(chǔ)單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示，以所存儲(chǔ)的電荷的電壓是否超過(guò)一個(gè)特定的閾值Vth來(lái)表示。

1.對(duì)于NAND閃存的寫(xiě)入(編程)，就是控制Control Gate去充電(對(duì)Control Gate施加電壓)，使得浮置柵極存儲(chǔ)的電荷夠多，超過(guò)閾值Vth，就表示0。

2.對(duì)于NAND Flash的擦除(Erase)，就是對(duì)浮置柵極放電，低于閾值Vth，就表示1。

NAND型閃存的擦和寫(xiě)均是基于隧道效應(yīng)，電流穿過(guò)浮置柵極與硅基層之間的絕緣層，對(duì)浮置柵極進(jìn)行充電(寫(xiě)數(shù)據(jù))或放電(擦除數(shù)據(jù))。(見(jiàn)下圖)而這個(gè)絕緣層會(huì)隨著擦寫(xiě)而耗損。而隨著制程的提升，F(xiàn)G層容納的電子會(huì)變少，而絕緣層也會(huì)變的越來(lái)越薄，所以耗損能力也會(huì)相應(yīng)降低，這就是為什么新制程的顆粒壽命反而越來(lái)越短的原因。以intel為例，40nm的MLC閃存壽命大約為5000次，而25nm僅為3000次，到了19nm只剩下2000，而部分廠商的16nmMLC閃存則只有1500次的壽命。

圖是一個(gè)8Gb 50nm的SLC顆粒內(nèi)部架構(gòu)，每個(gè)page有33,792個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元代表1bit(SLC)，所以每個(gè)page容量為4096Byte + 128Byte(SA區(qū))。每個(gè)Block由64個(gè)page組成，所以每個(gè)Block容量為262,114Byte + 8192Byte (SA區(qū))。Page是NAND Flash上最小的讀取/寫(xiě)入(編程)單位(一個(gè)Page上的單元共享一根字符線Word line)，Block是NAND Flash上最小的擦除單位。不同廠牌不同型號(hào)顆粒有不同的Page和Block容量。

審核編輯：湯梓紅