Re: Flash Memory حافظه فلش چیست؟
پرش الکترون داغاگر الکترونی به حد کافی انرژی بگيرد می تواند از يک تراز انرژی پايين تر به تراز انرژی بالاتر جهش نمايد.هر چه اختلاف انرژی تراز اوليه و نهايي بيشتر باشد ، بايد انرژی بيشتری به الکترون داده شود.
تعبير اين انرژی در خارج از نظريه حالت جامد، انرژی جنبشی الکترون می تواند باشد. به چنين الکترونی، الکترون داغ می گويند.
در تراشه ها ی نوين، برای ذخيره اطلاعات به صورت مستقلِ از منابع انرژی ، از به دام انداختن الکترون ها در يک قطعه فلزی که پوشيده شده از مواد عايق است، استفاده می شود. به همين دليل است که براي پاک کردن اطلاعات نياز به رهاندن الکترون ها دارد.
برای تامين انرژی جهش الکترون ، می توان از امواج پر انرژی ماوراء بنفش استفاده کرد.
در تراشه های EPROM از همين شيوه برای پاک کردن تراشه از اطلاعات استفاده می شد.چنانکه سطوحی فلزي بر سطح تراشه نقش جاذب امواج را بازی ميکرد، به همين دليل گاهاً از اين روش به برنامه ريزی نوری تعبير می شود.
اما با پيشرفت تکنولوژی، پژوهشگران توانستند تراشه ها را به صورت الکترونيکی از اطلاعات پاک کنند. يعنی انرژی لازم برای جهش الکترون را از طريق ايجاد ميدان الکتريکی ،در مسير جهش، ايجاد کنند.اين امر سبب توسعه تراشه هايي با عنوان EEPROM گشت.
شيوه اخير در به دام انداختن الکترون ها در تراشه های نوع NOR از حافظه های فلش استفاده می شود و از آن تعبير به "تزريق الکترون های داغ"می شود. برای رهاندن الکترون ها نيز از شيوه تونل زنی استفاده می شود.
پيوند گاه p-n
مطابق نظريه حالت جامد، اگر مقداری اندک ناخالصیِ فلزی، به شبکه بلورِ يک نيمه رسانا اضافه شود، رسانايي شبکه دستخوش تغيير می گردد.
در نظريه حالت جامد از ترازهای انرژی کوانتيده برای توصيف الکترون های يک ماده استفاده می کنند.ترازی که دارای بيشترين انرژی است را تراز ظرفيت می نامند.اگر جامد مورد بحث رسانا باشد به اين تراز، تراز رسانش گفته می شود.
به تراز های خالی از الکترون که در ميان انبوهی از تراز های پر قرار گرفته اند حفره می گويند. چون حفره ها نبود الکترون با بار منفی را گوشزد می کنند لذا به آنها حامل بار نوع p که از اول عبارت positive گرفته شده است، می گويند.
الکترون های لايه رسانش و حفره های لايه قبل از رسانش نقش رسانندگی را در مواد نيمه هادی بازي می کنند.
بسته به اين که اتم آلاينده در آخرين تراز اتمي خود تعداد بيشتر يا کمتری الکترون نسبت به آخرين تراز اتم نيمه رسانا داشته باشد به بلور حاصل ، نيمه رسانای نوع n (دارای تعداد بار منفی بيشتر والکترون آزاد بيشتر در شبکه بلور)و نيمه رسانای نوع p (دارای الکترون کمتر و دارای حفره های بيشتر) می گويند.
اگر يک نيمه رسانای نوع n را به نيمه رسانای نوع p اتصال موضعی دهيم، در محل اتصال حامل های نوع p متعلق به نيمه رسانای نوع p با الکترون های آزاد نيمه رسانای نوع n ترکيب شده و خنثی می گردند(نابود می شوند، يعنی حفره توسط الکترون پر شده و الکترون نيز مقيد مي شود.) البته اين اتفاق فقط در محل پيوندگاه رخ می دهد و سبب ايجاد ناحيه ای موسوم به تهی ميان 2 قطعه می شود. اين ناحيه نارساناست. لذا جلوی ترکيب شده ما بقی حامل های طرفين را می گيرد.
حال اگر به منحنی انرژی-مکان در محل پيوندگاه نظر بيفکنيم، می بينيم يک شيب پتانسيل پديدآمده است که معادل همان ناحيه تهی است. لذا اگر ميدانی الکتريکی در 2 قطعه ايجاد کنيم به نحوی که به تضعيف اين شيب پتانسيل بپردازد، آنگاه عرض ناحيه تهی کمتر و کمتر می شود و در نهايت رسانش ميان 2 قطعه برقرار می شود.دقت شود که به علت ميدان الکتريکی، جهت حرکت حامل های با بار متفاوت، متفاوت خواهد بود، لذاست که از ترکيب مجدد آنها جلوگيری به عمل مي آيد.
جهت ميدان الکتريکی ياد شده بايد از قطعه p به قطعه n باشد تا در سمت p پتانسيل بيشتر از سمت n اعمال شود. لذا اختلاف پتانسيل 2 سطح به صفر ميل می کند و پيوندگاه رسانا می شود. پيوندگاه تنها جريان را از يک سو عبور می دهد . به اين سو پيش ولت موافق می گويند.
ترانزيستورهای اثر ميداناساس کار حافظه های فلش ترانزيستورهايي هستند که تغيير شکل يافته ترانزيستورهای"فلزاکسيد-نيمه هادی مبتنی بر اثر ميدان می باشند.
ترانزيستورهای اخير، از 3 قطعه نيمه هادی که 2 قطعه آن هم نوع هستند تشکيل شده است. در اينجا به توضيح طرز کار نوع npn که در ساختمان حافظه های فلش از تغيير شکل يافته آن استفاده شده است می پردازيم.
MOS کانال n مطابق شکل متشکل از قطعه بدنه ای است که از ماده سيليکان نوع p با ناخالصی کم می باشد. دو ناحيه ای که ناخالصی n آنها بالا است سورس و درين(ورودی و خروجی کليد الکترونيکی که ترانزيستور آن را تشکيل داده است) را تشکيل می دهد.ناحيه بين 2 بخش نوع n -که از نوع p است- نقش کانال انتقال جريان را به عهده دارد.
گيت-دروازه- کنترل ترانزيستور-که اعمال ولتاژ خاصی به آن سبب باز و بسته شدن کليد الکتريکی می شود- صفحه ای فلزی است که توسط يک دی الکتريک از جنس دی اکسيد سيليکان از کانال (ناحيه p ) جدا شده است.
يک ولتاژ مثبت(نسبت به بدنه ) در گيت کنترل موجب القاء ميدان الکتريکی در کانال شده و حامل های نوع n (الکترون ها) را جذب می نمايد. با افزايش ولتاژ مثبت در گيت ، ناحيه زير گيت الکترون های بيشتری را در خود جای داده و هدايت افزايش می يابد و جريان از سورس به درين جاری شده و افت ولتاژ بين اين 2 پايانه به وجود می آيد.در واقع ميدان الکتريکی مورد نياز برای از بين بردن ناحيه تهی را القای الکتريکی ايجاد می کند.
ساختار سلول های حافظه فلشحافظه های فلش از تراشه های EEPROM ساخته شده اند . در این گونه از حافظه ها ذخیره و حذف اطلاعات توسط جریان های الکتریکی صورت می پذیرد . این گونه تراشه ها داخل سطر ها و ستون های مختلف شبکه ای منظم را پدید می آورند . در این شبکه هر بخش کوچک دارای شماره سطر و ستون مختص به خود بوده و در اصطلاح هر کدام از این بخش ها یک سلول حافظه نامیده می شود .
هر تراشه حافظه فلش از واحد هايي به نام بلاک ساخته شده است. هر بلاک خود از واحدهای کوچکتری به نام سلول ساخته شده است.
هر بلاک 64 يا 128 يا 512 سلول را دارا می باشد. هر سلول از يک ترانزيستور تغيير شکل يافته MOSFET تشکيل شده است .
ترانزيستورهای سلول دارای 2 گيت می باشند. يکی همان گيت کنترل و ديگری گيت معلق . علت اين نام گذاری آن است که اين گيت از اطراف توسط دی اکسيد سيليکان پوشيده شده و کاملا از محيط اطراف ايزوله است.
اگر گيت معلق خالی از الکترون باشد، با تحريک گيت کنترل، ترانزيستور جريان را از خود عبور می دهد. اما اگر به نحوی گيت معلق بار منفی گرفته باشد، ميدانِ گيتِ معلق اثر ميدانِ گيتِ کنترل بر کانال n را خنثی کرده و جريان خروجی از ترانزيستور کمتر از جريان ورودی به آن خواهد بود.
اما اگر گيت معلق باردار شود به علت ايزوله بودن از محيط اطراف، تا ساليان سال بار الکتريکی را در خود نگه داری می کند. مگر آنکه شرايط تونل زنی برای الکترون های به دام افتاده در آن فراهم شود. به همين دليل است که سلول را با به دام انداختن الکترون ها می توان برنامه ريزی کرد و از آن به عنوان حافظه مستقل از انرژی الکتريکی که ثبات چندين ساله هم خواهد داشت، استفاده کرد.
اما برای به دام انداختن الکترون ها می توان هم از شيوه جهش الکترون داغ استفاده کرد و هم از تونل زنی الکترونی. شيوه جهش در فلش های نوع NOR و شيوه تونل زنی در فلش های نوع NAND استفاده می شود.
ليکن برای رهاندن الکترون ها از گيت معلق و پاک کردن سلول، هم در نوعNAND و هم NOR تنها مي توان از شيوه تونل زنی استفاده کرد. زيرا الکترون های گيت معلق کاملاً از محيط ايزوله اند و امکان انرژی دادن به مقدار زياد آنها ممکن نيست. لذا با کاهش انرژی الکترون های موجود در درين -از طريق اتصال آنها به ولتاژ مثبت- شرايط را برای تونل زدن الکترون ها از گيت معلق به درين فراهم می کنيم.
اگر گيت معلق باردار نشده باشد، سلول جريان را به صورت کامل از خود عبور می دهد. لذاست که سلول ها به صورت پيش فرض(بدون برنامه ريزی) مقدار 1 را دارا می باشند.
پس از برنامه ريزی و قرارگرفتن الکترون ها روی گيت معلق، سلول جريان را کامل از خود عبور نمی دهد و مقدار منطقی سلول برابر 0 می شود. لذا پاک کردن برنامه سلول، هم ارز است با تغيير مقدار آن به 1.در زير نوع جريان هر پايانه برای سلول های نوع NOR نمايانده شده است.
مطابق تصوير ضخامت لايه عايق در حدود 20 نانومتر است.
