NAND基本介绍

时间：2022-02-21 00:56:01 | 来源：信息时代

时间：2022-02-21 00:56:01 来源：信息时代

工作原理

闪存结合了EPROM的高密度和EEPROM结构的变通性的优点。



EPROM是指其中的内容可以通过特殊手段擦去，然后重新写入。其基本单元电路如下图所示。常采用浮空栅雪崩注入式MOS电路，简称为FAMOS。它与MOS电路相似，是在N型基片上生长出两个高浓度的P型区，通过欧姆接触分别引出源极S和漏极D。在源极和漏极之间有一个多晶硅栅极浮空在绝缘层中，与四周无直接电气联接。这种电路以浮空栅极是否带电来表示存1或者0，浮空栅极带电后（例如负电荷），就在其下面，源极和漏极之间感应出正的导电沟道，使MOS管导通，即表示存入0.若浮空栅极不带电，则不能形成导电沟道，MOS管不导通，即存入1。

EEPROM基本存储单元电路的工作原理如图2.2所示。与EPROM相似，它是在EPROM基本单元电路的浮空栅极的上面再生成一个浮空栅，前者称为第一级浮空栅，后者称为第二级浮空栅。可给第二级浮空栅引出一个电极，使第二级浮空栅极接某一电压VG。若VG为正电压，第一浮空栅极与漏极之间产生隧道效应，使电子注入第一浮空栅极，即编程写入。若使VG为负电压，强使第一浮空栅极的电子散失，即擦除。擦除后可重新写入。

EPROM基本单元结构

闪存的基本单元电路与EEPROM类似，也是由双层浮空栅MOS管组成。但是第一层栅介质很薄，作为隧道氧化层。写入方法与EEPROM相同，在第二级浮空栅加正电压，使电子进入第一级浮空栅。读出方法与EPROM相同。擦除方法是在源极加正电压利用第一级浮空栅与漏极之间的隧道效应，将注入到浮空栅的负电荷吸引到源极。由于利用源极加正电压擦除，因此各单元的源极联在一起，这样，擦除不能按字节擦除，而是全片或者分块擦除。随着半导体技术的改进，闪存也实现了单晶体管设计，主要就是在原有的晶体管上加入浮空栅和选择栅，

EEPROM单元结构

NAND闪存阵列分为一系列128kB的区块(block)，这些区块是NAND器件中最小的可擦除实体。擦除一个区块就是把所有的位(bit)设置为'1'(而所有字节(byte)设置为FFh)。有必要通过编程，将已擦除的位从'1'变为'0'。最小的编程实体是字节(byte)。一些NOR闪存能同时执行读写操作(见下图1)。虽然NAND不能同时执行读写操作，它可以采用称为'映射(shadowing)'的方法，在系统级实现这一点。这种方法在个人电脑上已经沿用多年，即将BIOS从速率较低的ROM加载到速率较高的RAM上。

NAND闪存单元结构

传输速率

NAND闪存卡的读取速度远大于写入速度。

当芯片磨损，抹除与程序的操作速度会降到相当慢。传递多个小型文件时，若是每个文件长度均小于闪存芯片所定义的区块大小时，就可能导致很低的传输速率。访问的迟滞也会影响性能，但还是比硬盘的迟滞影响小。

闪存控制器的质量也是影响性能的因素之一。即使闪存只有在制造时做缩小晶粒(die-shrink)的改变，但如果欠缺合适的控制器，就可能引起速度的降级。

不同种类、不同工艺、不同技术水平的NAND闪存在读写速率上存在差异。同时，闪存产品的读写性能也与读写方式有关。一般闪存的数据接口为8位或者16位，其中8位较为常见。如果产品支持多通道并行读写，那么就会有更高的速度。

优势

NAND的效率较高，是因为NAND串中没有金属触点。NAND闪存单元的大小比NOR要小(4F2：10F2)的原因，是NOR的每一个单元都需要独立的金属触点。NAND与硬盘驱动器类似，基于扇区(页)，适合于存储连续的数据，如图片、音频或个人电脑数据。虽然通过把数据映射到RAM上，能在系统级实现随机存取，但是，这样做需要额外的RAM存储空间。此外，跟硬盘一样，NAND器件存在坏的扇区，需要纠错码(ECC)来维持数据的完整性。

存储单元面积越小，裸片的面积也就越小。在这种情况下，NAND就能够为当今的低成本消费市场提供存储容量更大的闪存产品。NAND闪存用于几乎所有可擦除的存储卡。NAND的复用接口为所有最新的器件和密度都提供了一种相似的引脚输出。这种引脚输出使得设计工程师无须改变电路板的硬件设计，就能从更小的密度移植到更大密度的设计上。