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:
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。
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)
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。