你知道NAND闪存的种类和对比?.doc
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1、你知道NAND闪存的种类和对比?由于闪存的成本取决于其裸片面积,如果可以在同样的面积上存储更多数据,闪存将更具成本效益。NAND闪存有三种主要类型:单层单元(SLC)、多层单元(MLC)和三层单元(TLC)。顾名思义,在相同的单位面积上,TLC闪存比MLC存储的数据更多,而MLC又比SLC存储的数据多。另一种新型的NAND闪存称为3D NAND或V-NAND(垂直NAND)。通过在同一晶圆上垂直堆叠多层存储单元,这种类型的闪存可以获得更大的密度。浮栅晶体管闪存将信息存储在由浮栅晶体管组成的存储单元中。为了更好地理解不同类型的NAND闪存,让我们来看看浮栅晶体管的结构、工作原理及其局限。浮栅晶体
2、管或浮栅MOSFET(FGMOS)跟常规MOSFET非常类似,有一点不同的是它在栅极和沟道之间添加了额外的电绝缘浮栅。图1:浮栅MOSFET(FGMOS)与常规MOSFET对比。由于浮栅是电隔离的,所以即使在去除电压之后,到达栅极的任何电子也会被捕获。这使得存储器具有非易失性。与具有固定阈值电压的常规MOSFET不同,FGMOS的阈值电压取决于存储在浮栅中的电荷量。电荷越多,阈值电压越高。与常规MOSFET类似,当施加到控制栅极的电压高于阈值电压时,FGMOS将开始导通。因此,通过测量其阈值电压并与固定电压电平进行比较,就可以识别存储在FGMOS中的信息。这称为闪存的读操作。可以使用两种方法将
3、电子放置在浮栅中:Fowler-Nordheim隧穿或热载流子注入。对于Fowler-Nordheim隧穿,在带负电的源极和带正电的控制栅极之间施加强电场。这使得来自源极的电子隧穿穿过薄氧化层并到达浮栅。隧穿所需的电压取决于隧道氧化层的厚度。对于热载流子注入方法,高电流通过沟道,为电子提供足够的能量以穿过氧化物层并到达浮栅。通过在控制栅极上施加强负电压,并在源极和漏极端子上施加强正电压,使用Fowler-Nordheim隧穿可以从浮栅移除电子。这将导致被捕获的电子通过薄氧化层返回沟道。在闪存中,将电子放置在浮栅中被认为是编程/写入操作,而去除电子被认为是擦除操作。隧穿工艺有一个主要缺点:它会逐
4、渐损坏氧化层。这被称为闪存磨损。每次对单元进行编程或擦除时,一些电子都会粘在氧化层中,从而逐渐磨损氧化层。一旦氧化层达到不再能够可靠地区分编程和擦除状态时,这一单元就被认为是坏的或磨损的。由于读取操作不需要隧穿,它们不会磨损单元。因此,闪存的寿命表示为它可以支持的编程/擦除(P/E)周期数。有一篇名为“了解典型和最大编程/擦除性能”的文章解释了如何获得编程和擦除性能的典型值和最大值。SLC NAND闪存在SLC闪存中,每个存储单元仅存储一位信息:逻辑0或逻辑1。单元的阈值电压与某个电压电平进行比较,如果高于这一电平,则该位被视为逻辑0。如果低于这一电平则为逻辑1。图2:将SLC闪存单元中的电压
5、与阈值电压进行比较,以确定它是逻辑0(高于阈值)还是逻辑1(低于阈值)。由于只有两个电平,因此两个电平电压之间的电压差距可能非常高。这使得读取存储单元更容易,更快捷。原始误码率(RBER)也很低,这要归功于较大的电压差,因为在读取操作期间任何泄漏或干扰的影响较小。低RBER还减少了特定数据块所需的ECC位数。大电压差的另一个优点是磨损的影响相对较小,因为微小的电荷泄漏具有相对较低的影响。逻辑电平的更宽分布也有助于以更低的电压对存储单元进行编程或擦除,这进一步增加了单元的耐用性,进而提高了寿命周期内P/E循环数。但是SLC闪存也有缺点,与其他类型的闪存相比,它在相同裸片面积上可以存储的数据要少,
6、因此其存储单元的成本更高。SLC闪存通常用于对成本不敏感且需要高可靠性和耐用性的应用中,例如对P/E循环数有很高要求的工业和企业级应用。MLC NAND闪存在MLC闪存中,每个单元存储两位信息,即00、01、10和11。在这种情况下,阈值电压要与三个电平进行比较(总共4个电压带)。图3:将MLC闪存单元中的电压与三个阈值电压进行比较,以确定其两位逻辑值。因为要对多个电平进行比较,读取操作需要更加精确,导致其读取速度比SLC 闪存更慢。由于较低的电压差,原始误码率(RBER)也相对较高,而且特定数据块需要更多的ECC比特位。现在磨损的影响也更为显着,因为与SLC闪存相比,任何电荷泄漏都会产生更大
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