NAND与NORFLASH的原理及异同.pdfVIP

NAND 与 NOR FLASH 的原理与异同！ 一、存储数据的原理 两种闪存都是用三端器件作为存储单元，分别为源极、漏极和栅极，与场效应管的工作原理 相同，主要是利用电场的效应来控制源极与漏极之间的通断，栅极的 电流消耗极小，不同 的是场效应管为单栅极结构，而FLASH 为双栅极结构，在栅极与硅衬底之间增加了一个浮 置栅极。[attach]158 [/attach] 浮置栅极是由氮化物夹在两层二氧化硅材料之间构成的，中间的氮化物就是可以存储电荷的 电荷势阱。上下两层氧化物的厚度大于50 埃，以避免发生击穿。 二、浮栅的重放电 向数据单元内写入数据的过程就是向电荷势阱注入电荷的过程，写入数据有两种技术，热电 子注入(hot electron injection)和 F-N 隧道效应(Fowler Nordheim tunneling)，前一种是通过源 极给浮栅充电，后一种是通过硅基层给浮栅充电。NOR 型 FLASH 通过热电子注入方式给浮 栅充电，而 NAND 则通过 F-N 隧道效应给浮栅充电。 在写入新数据之前，必须先将原来的数据擦除，这点跟硬盘不同，也就是将浮栅的电荷放掉， 两种 FLASH 都是通过 F-N 隧道效应放电。 三、0 和 1 这方面两种 FLASH 一样，向浮栅中注入电荷表示写入了0，没有注入电荷表示1，所以对 FLASH 清除数据是写 1 的，这与硬盘正好相反； 对于浮栅中有电荷的单元来说，由于浮栅的感应作用，在源极和漏极之间将形成带正电的空 间电荷区，这时无论控制极上有没有施加偏置电压，晶体管都将处于 导通状态。而对于浮 栅中没有电荷的晶体管来说只有当控制极上施加有适当的偏置电压，在硅基层上感应出电 荷，源极和漏极才能导通，也就是说在没有给控制极施 加偏置电压时，晶体管是截止的。 如果晶体管的源极接地而漏极接位线，在无偏置电压的情况下，检测晶体管的导通状态就可 以获得存储单元中的数据，如果位线上的电平为低，说明晶体管处于 导通状态，读取的数 据为 0，如果位线上为高电平，则说明晶体管处于截止状态，读取的数据为 1。由于控制栅 极在读取数据的过程中施加的电压较小或根本不施加 电压，不足以改变浮置栅极中原有的 电荷量，所以读取操作不会改变FLASH 中原有的数据。 四、连接和编址方式 两种 FLASH 具有相同的存储单元，工作原理也一样，为了缩短存取时间并不是对每个单元 进行单独的存取操作，而是对一定数量的存取单元进行集体操作， NAND 型 FLASH 各存 储单元之间是串联的，而 NOR 型 FLASH 各单元之间是并联的；为了对全部的存储单元有 效管理，必须对存储单元进行统一编址。 NAND 的全部存储单元分为若干个块，每个块又分为若干个页，每个页是 512byte，就是 512 个 8 位数，就是说每个页有 512 条位线，每条位线下 有 8 个存储单元；那么每页存储的数 据正好跟硬盘的一个扇区存储的数据相同，这是设计时为了方便与磁盘进行数据交换而特意 安排的，那么块就类似硬盘的簇；容 量不同，块的数量不同，组成块的页的数量也不同。 在读取数据时，当字线和位线锁定某个晶体管时，该晶体管的控制极不加偏置电压，其它的 7 个都加上偏置电压 而导通，如果这个晶体管的浮栅中有电荷就会导通使位线为低电平， 读出的数就是 0，反之就是 1。 NOR 的每个存储单元以并联的方式连接到位线，方便对每一位进行随机存取；具有专用的 地址线，可以实现一次性的直接寻址；缩短了 FLASH 对处理器指令的执行时间。 五、性能 1、速度 在写数据和擦除数据时，NAND 由于支持整块擦写操作，所以速度比NOR 要快得多，两者 相差近千倍；读取时，由于 NAND 要先向芯片发送地址信息进行 寻址才能开始读写数据， 而它的地址信息包括块号、块内页号和页内字节号等部分，要顺序选择才能定位到要操作的 字节；这样每进行一次数据访问需要经过三次寻 址，至少要三个时钟周期；而 NOR 型 FLASH 的操作则是以字或字节为单位进行的，直接读取，所以读取数据时，NOR 有明显优 势。 2 、容量和成本 NOR 型 FLASH 的每个存储单元与位线相连，增加了芯片内位线的数量，不利于存储密度的 提高。所以在面积和工艺相同的情况下，NAND 型 FLASH 的容量比NOR 要大得多，生产 成本更低，也更容易生产大容量的芯片。 3、易用性 NAND FLASH 的 I/O 端口采用复用的数据线和地址线，必须先通过寄存器串行地进行数 据存取，各个