閃速存儲器的基本存儲器單元結(jié)構如圖1所示。一眼看上去就是n溝道的MOSFET那樣的東西,但又與普通的FET不同,特點是在柵極(控制柵)與漏極/源極之間存在浮置柵,閃速存儲器利用該浮置柵存儲記憶。
圖1 閃速存儲器的單元結(jié)構
浮置柵被設計成可以存儲電荷的構造,柵極及主板利用氧化膜進行了絕緣處理,一次積累的電荷可以長時間(10年以上)保持。當然,如果氧化膜存在缺陷,或者由于某種原因使絕緣膜遭到破壞,那么閃速存儲器將失去記憶。同時,因為熱能必定致使電荷以某概率發(fā)生消減,因此數(shù)據(jù)保存的時間將受到溫度的影響。
下面,我們將進一步討論閃速存儲器的擦除與寫人的原理。
我們知道,數(shù)據(jù)的寫人與擦除是通過主板與控制柵之間電荷的注人與釋放來進行的。例如,一般的NOR閃速存儲器在寫人時提高控制柵的電壓,向浮置柵注人電荷(圖2)。而數(shù)據(jù)的擦除可以通過兩種方法進行。一種方法是通過給源極加上+12V左右的高電壓,釋放浮置柵中的電荷(Smart Voltage Regulator);另一種方法是通過給控制柵加上負電壓(-10V左右),擠出浮置柵中的電荷(負極門擦除法)。各種電壓提供方式如圖3所示。
圖2 閃速存儲器的寫入操作
圖3 閃速存儲器的擦除操作
圖4圖示了閃速存儲器單元的電壓-電流特性。浮置柵的電荷可抵消提供給控制柵的電壓。也就是說,如果浮置柵中積累了電荷,則閾值電壓(Vth)增高。與浮置柵中沒有電荷時的情況相比,如果不給控制柵提供高電壓,則漏極-源極間不會處于導通的狀態(tài)。因此,這是判斷浮柵中是否積累了電荷,也就是判斷是“1”還是“0”的機制。