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快閃存儲器又稱為閃爍存儲器，它是在EPROM和E2PROM的制造技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展產(chǎn)生的一種新型的電可擦除、非易失性記錄器件。EPROM為單管單元疊柵器件，編程靠溝道熱電子，擦除靠紫外光。E2PROM為帶有選擇管的兩管單元，編程和擦除均靠F-N隧道效應(yīng)，它既可在系統(tǒng)中進(jìn)行可編程，又可通過譯碼對個(gè)別位進(jìn)行擦除和改寫，因此系統(tǒng)調(diào)試很方便。

閃爍存儲器采用EPROM單管單元結(jié)構(gòu)，其加工工藝和編程機(jī)理都與EPROM類似，只是浮柵氧化層采用E2PROM的隧道氧化層。因此，它既具有EPROM的價(jià)格便宜、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有E2PROM的電可擦除和可重寫性。并且，它的訪問時(shí)間短（小于60ns），擦除和重寫的速度快。一塊1M位的閃爍存儲芯片，其擦除和重寫一遍的時(shí)間小于5s，比一般標(biāo)準(zhǔn)的E2PROM要快得多。由于單元面積小，集成度可做到EPROM的水平，且全塑料封裝，因而成本較低。但它只能整片擦除，不能像E2PROM那樣逐個(gè)字節(jié)進(jìn)行擦除和重寫，且允許的擦除次數(shù)有限，目前只能達(dá)10萬次左右。

一、快閃存儲器的工作原理

快閃存儲單元如圖1所示，它在MOS管中印入一個(gè)浮柵，這個(gè)浮柵與源極、漏極以及控制柵之間都是電絕緣的。

圖1 快閃存儲單元

柵氧化層的厚度為10~20mm，其信息寫入與讀出的原理與EPROM類似。如果浮柵上注入電子狀態(tài)表示“1”，無注入電子狀態(tài)表示“0”。當(dāng)漏極以及控制柵均加高壓，源極接地時(shí)，漏極與控制柵間形成的電場使溝道中運(yùn)動的電子加速，這些高能量的電子中的一部分將會獲得足夠的能量以穿過柵氧化層到達(dá)浮柵。高壓撤除后，這些電子由于沒有通路將仍被限制在浮柵上。讀取信息時(shí)，在控制柵加上+12V的工作電壓，根據(jù)溝道有否電流流過，即可判斷“1”或“0”。

信息的擦除是將控制柵隔離（斷開），漏極接地，源極接正高壓，使柵氧化層兩邊產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)電場，引起所謂的F-N（Fowler Nordheim）隧道效應(yīng)，即將電子從浮柵上拉下來，并在電場的加速下到達(dá)源極而復(fù)合掉，從而達(dá)到擦除的目的。

二、快閃存儲器與其他半導(dǎo)體存儲器的性能比較

從非易失性來看，半導(dǎo)體ROM是最早出現(xiàn)的-種非易失性存儲器（NVMK由于它是在擴(kuò)散級進(jìn)行編程的，因而價(jià)格最便宜，但不具有電可編程性，即靈活性差。因此，掩膜ROM主要用于設(shè)計(jì)成本低且量大的應(yīng)用領(lǐng)域。

EPROM的競爭優(yōu)勢在于熱電子注入浮柵的方法使其具有可編程性，即靈活性，但其擦除不可在系統(tǒng)中進(jìn)行，而要用紫外光。因此，它需要一種特殊的陶瓷封裝材料，這就使成本大大提高。此外，還有一種組裝在無窗口的塑料封裝中的EPROM，它只能一次性編程，故稱為一次性可編程EPROMoE2PROM每單元有兩只晶體管，能進(jìn)行位級擦除和編程，其功耗低、耐用，因采用塑料封裝而成本較低。但是，其單元面積較大，通常為EPROM的2~3倍。由于它有10nm左右的薄隧道氧化層，工藝難度較EPROM的大，因而價(jià)格也比EPROM的高。現(xiàn)在，已設(shè)計(jì)出由不同類型的組合而成的用于高速非易失性存儲器的專用存儲器（ASM），當(dāng)然成本也就相應(yīng)地提高了。

快閃存儲器是EPROM和E2PROM技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，因而它兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。它工作于12V時(shí)，可以像E2PROM-樣實(shí)現(xiàn)帶電改寫，而工作于+5V或0V時(shí)，其內(nèi)容就像EPROM一樣不可改寫，它還具有不揮發(fā)性、存儲密度高、功耗低等特點(diǎn)?？扉W存儲器與其他半導(dǎo)體存儲器的性能比較如圖2所示。

圖2 快閃存儲器與半導(dǎo)體存儲器成本與性能比較

三、快閃存儲器與磁盤性能的比較

大家知道，磁盤很容易受到各種機(jī)械震動的影響，受震動后，磁頭就容易錯(cuò)位，而修復(fù)它既費(fèi)錢又費(fèi)時(shí)。大部分磁盤規(guī)定的工作震動容量是10千兆次，而快閃存儲器的工作震動容量是1000千兆次。由于軟、硬磁盤驅(qū)動器帶有機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，因而與不需要機(jī)械轉(zhuǎn)動部件的快閃存儲器相比，可靠性低、功耗大。并且，機(jī)械因素也制約著磁盤的數(shù)據(jù)訪問速率。因?yàn)閷?讀數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭必須首先移動到正確的磁道上，然后還要等待磁盤旋轉(zhuǎn)到要讀的扇區(qū)。磁盤的這個(gè)延遲時(shí)間為數(shù)十ms，而快閃存儲器中的數(shù)據(jù)訪問時(shí)間只受到電子路徑的限制，可以低于0.2ns。快閃存儲器和磁盤的幾種典型參數(shù)值如表1所示。

表1 快閃存儲器和磁盤的幾種典型參數(shù)值

  訪問時(shí)間/ms 功耗/W MB/g MB/cm3 振動/千兆次

快閃驅(qū)動器 0.5 0.03 0.36 0.51 1000

快閃存儲芯片 0.2 0.002 2.41 5 1000

1.7”硬盤驅(qū)動器 20 1 0.21 0.34 10

2.5”可換硬驅(qū)器 14.5 0.4 0.25 0.34 10

3.5”軟盤驅(qū)動器 94 0.14 0.01 0.02 5