Flash是如何利用电子实现数据存储的

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常见的Flash存储器主要有两种，NAND和NOR，它们的cell都是FGMOS。FG虽为导体，但是由于完全被绝缘材料(比如氧化硅)包裹，所以电荷一旦进入FG，一般情况下不会消失，断电也不会，即所谓非挥发。近年来由于3D NAND的发展，CT(Charge Trap，电荷捕获) NAND已逐渐成为主流，即用charge trap layer(SiNx)替换floating gate作为电荷存储层。charge trap和floating gate最大的区别在于电荷是否能在其中自由移动。

charge trap的材料是绝缘体，所以电荷不能在其中自由移动

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读/写/擦

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Flash有三种基本操作：

读(Read), 写(Program/Write), 擦(Erase)

FGMOS Cell结构：

CG/Oxide/FG/Oxide/Channel/Si_Sub

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以SLC(single level cell)为例，一个cell，即一个FG，代表了一个bit的数据，非0即1，一般规定FG中没有电子为'1'，有电子则为'0'。这里只用电荷有无来表述其实不严谨，因为Erase状态并不是完全没有电荷，而是电荷多少的问题，而且还有正电荷的存在，所以一般是根据Cell Vt来判断，如下图所示，

Flash的一般操作如下，

• Read. 假设CG接5V，即上图中的Vread，如果FGMOS的沟道(Channel)开启，即有电流流过，则数据为'1'；如果FGMOS的沟道没有开启，即没有电流流过，则数据为'0'。对于理想器件而言，Read操作不会影响FG中存储电荷的数量。Read之后，电荷就在那里，不增不减
• Program. 假设CG接18V，当沟道中的电子获得足够高的能量，就会通过热载流子注入或Fowler–Nordheim隧穿的方式到达FG，去掉CG电压后电子被保存在FG中，即达到数据存储的目的
• Erase. 可以理解为Program的逆操作，即Si_Sub接20V，CG接地，无论是NOR还是NAND，erase的过程都是电子通过Fowler–Nordheim隧穿效应离开FG，穿过Tunnel Oxide到达硅衬底(Si_Sub)
  
  

下表简单整理了NOR/NAND操作的基本原理，供参考。

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FLASH 的存储单元(Cell)本质上还是一种半导体器件，即在MOS管的栅极(Gate)和氧化层(Oxide)之间增加了一个浮栅(Floating Gate，简称FG)，是为FGMOS，原来的Gate就变成控制栅极(Control Gate, 简称CG)。