Всемогущий Flash

Докучаев Дмитрий aka Forb

Спецвыпуск Xakep, номер #034, стр. 034-044-2

EEPROM - Electronically EPROM

Через восемь лет после выхода EPROM, Intel разрабатывает новый вид памяти, которая могла быть перезаписана частями. С помощью электрического тока становилось возможным изменение данных в определенной ячейке микросхемы. Это нововведение уменьшало время программирования, а также позволяло отказаться от внешних устройств-программаторов. Для записи данных память достаточно было подключить к системной шине микропроцессора, что значительно упрощало работу с микросхемой.

За удовольствие надо платить... Поэтому стоимость EEPROM была высокой. Это неудивительно, так как технологии производства такой памяти были очень сложными. В отличие от предыдущего EPROM, увеличивалось количество циклов перезаписи информации.

Flash правит миром

Наконец в 1984 году компания Toshiba разрабатывает принципиально новый вид памяти под названием Flash. Через четыре года Intel выпускает свой вариант Flash-памяти (поэтому иногда ее создание незаслуженно приписывают этой компании).

Но обо всем по порядку. Как я уже сказал, Flash-memorу была создана в 1984 году. Сразу после этого начался интенсивный процесс развития этого вида, а на ее предшественницу торжественно забили (хотя EEPROM еще долгое время рулил на рынке).

Устройство Flash имеет довольно сложную структуру. Дело в том, что процессы перепрожига микросхемы базируются на законах квантовой механики. Если ты не прогуливал скучные пары этого предмета и внимательно слушал препода, ты меня поймешь.

В самом простом случае ячейка Flash состоит из одного полевого транзистора. Элемент включает в себя специальную электрически изолированную область, называемую “плавающим затвором”. Этот термин возник из-за того, что потенциал этой области не является стабильным, что позволяет накапливать в ней электроны (именно здесь и хранится вся информация памяти). Выше “плавающего” находится управляющий затвор, который является неотъемлемой частью при процессе записи/стирания данных памяти. Эта область напрямую соединена с линией слов. Перпендикулярно этой линии располагается линия битов, которая соединена со стоком (при записи данных из этой области транзистора появляется поток электронов). Сток разделяется с истоком специальной подложкой, которая не проводит электрический ток.

Запись данных во Flash происходит методом инжекции "горячих" электронов, а стирание – методом туннелирования Фаулера-Нордхейма. Остановимся на них подробнее.

Механические процессы во Flash

Принцип чтения микросхемы Flash довольно прост и, как я уже сказал, базируется на законах квантовой механики. При извлечении данных из памяти, заряд на “плавающем” затворе отсутствует, а на управляющий затвор подается заряд положительного направления. Под его воздействием между стоком и истоком создается канал трассировки (свободная зона на кристалле транзистора, выделенная для реализации межсоединений ячеек). Все это происходит за счет туннельного эффекта, а данные памяти затем можно считывать с истока.