Teave

Kuidas välkmälu töötab: operatsioon

Kuidas välkmälu töötab: operatsioon


Nagu kõik pooljuhtmälu vormid ja muu elektroonikatehnika, aitab see mõista ka välkmälu toimimist.

Tegelikult on välkmälutehnoloogia töö väga sarnane vana EPROM-tehnoloogiaga, mis on selle kasutusele võtnud, kuid mõisted on väga sarnased, kuigi Flash töötab palju mugavamalt.

Välkmälu toimimise põhitõed

Välkmälu suudab pakkuda suure tihedusega mälu, kuna iga mäluraku moodustamiseks on vaja ainult mõnda komponenti. Tegelikult on mäluraku struktuur väga sarnane EPROM-iga.

Iga välkmälu lahter koosneb põhikanalist, mille lähte- ja tühjenduselektroodid on eraldatud umbes 1 µm pikkuse kanaliga. Välkmälu lahtris oleva kanali kohal on ujuv värav, mis on kanalist eraldatud üliõhukese oksiidikihiga, mis on tavaliselt vaid 100 A paks. Mälu usaldusväärse töö tagamiseks on selle kihi kvaliteet ülioluline.

Ujuva värava kohal on kontrollvärav. Seda kasutatakse värava mahtuvuse laadimiseks kirjutamistsükli ajal.

Traditsiooniliste EPROM-ide korral kustutatakse need mälukiibid UV-valguse mõjul. Selle jaoks on neil mäluseadmetel poolläbipaistev aken, mida saab UV-kiirguse kätte saada. See protsess võtab aga ülespoole paarkümmend minutit. Samuti nõuab see mälukiibi vooluringist eemaldamist ja paigutamist spetsiaalsesse kustutuskummi, kus UV-valgust saab hoida.

Välkmälu lahter toimib, hoides laadimist ujuvväravas. Seejärel määrab laengu olemasolu, kas kanal juhib või mitte. Lugemistsükli ajal vastab väljundis olev "1" kanalile, mis on madala takistuse või ON olekus.

Välkmälu lahtrite programmeerimine on veidi keerulisem ja hõlmab protsessi, mida nimetatakse kuum-elektronide süstimiseks. Programmeerimisel on juhtvärav ühendatud "programmeerimispingega". Drenaaž näeb siis pinget, mis on umbes pool sellest väärtusest, kui allikas on maas. Juhtvärava pinge on dielektriku kaudu ühendatud ujuva väravaga, tõstes ujuva värava programmeerimispingele ja pöörates selle all oleva kanali ümber. Selle tulemusel on kanali elektronidel suurem triivimiskiirus ja suurenenud kineetiline energia.

Energeetiliste elektronide ja kristallvõre kokkupõrked hajutavad soojust, mis tõstab räni temperatuuri. Programmeerimispinge juures leitakse, et elektronid ei suuda oma kineetilist energiat ümbritsevatele aatomitele piisavalt kiiresti üle kanda ning nad muutuvad "kuumaks" ja hajuvad kaugemale, paljud oksiidikihi suunas. Need elektronid ületavad barjääri ületamiseks vajaliku 3,1 eV (elektronvoldid) ja nad kogunevad ujuvväravale. Kuna pääsu pole võimalik, jäävad nad sinna enne, kui need kustutamistsükli abil eemaldatakse.

Välkmälu kustutustsükkel kasutab protsessi, mida nimetatakse Fowler-Nordheimi tunneliks. Protsess käivitatakse programmeerimispinge suunamisega allikani, maandatakse juhtvärav ja jäetakse äravool ujuvaks. Selles olekus tõmbuvad elektronid allika poole ja nad tunnelivad ujuvast väravast välja, läbides õhukese oksiidikihi. Nii jääb ujuv värav laadimata.

Üldiselt tehakse kustutamisprotsess vaid paar millisekundit. Kui kõik ploki välkmälurakud on täidetud, kontrollitakse, kas need on täielikult kustutatud. Kui mitte, alustatakse teist kustutustsüklit.

Flash-mälu programmeerimine

Välkmälude algusaegadel oli nende kasutuselevõtu üheks piiravaks teguriks välkmälu programmeerimine, kuna neil oli piiratud arv kustutuskavasid. Selle põhjustas õhukese väravaoksiidikihi hävitav lagunemine. Mõnes varases välkmälu näites oli ainult paarsada tsüklit. Nüüd on välkmälu tehnoloogia oluliselt paranenud ja tootjad tsiteerivad arvandmeid, mis tähendavad, et välkmälu eluiga enam muret ei valmista.

Suurem osa sellest välkmälu paranemisest on tingitud oksiidikihi kvaliteedi parandamisest. Kui leitakse, et välkmälukiipide näidistel on väiksem eluiga, on see tavaliselt tingitud sellest, et tootmisprotsessi pole optimeeritud oksiidi kasvu jaoks. Nüüd pole välkmälu programmeerimine probleem ja välkmälu kasutamisel ei käsitleta kiipe mõistliku piires kui piiratud elueaga üksusi.

Juurdepääs välkmälule

Välkmälu erineb enamikust teist tüüpi elektroonilisest mälust selle poolest, et kui andmeid saab lugeda teatud tüüpi välkmälu üksikutel aadressidel, võib kustutamis- ja kirjutamistoiminguid teha ainult välkmälu plokis. Tüüpiline ploki suurus on 64, 128 või 256 kB. Selle kohandamiseks peab Flash-mälude juhtimiseks kasutatav madala juhtimistarkvara seda lugemis- ja kirjutamistoimingute õigeks teostamiseks sellega arvestama.

Välkmälu tehnoloogia suudab pakkuda väga suure tihedusega mälu, mis on tänapäeval väga usaldusväärne ja mida saab kasutada andmete salvestamiseks erinevatel eesmärkidel - kõike alates välkmälupulgadest kaamera mälukaartidega kuni kõvaketta ekvivalentidena draivid arvutites.


Vaata videot: Panasonics Quick Clips: 3D NAND Consumer Plus SD Cards (Oktoober 2021).