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1楼
NAND、NOR闪存的基本原理
无论NAND还是NOR,都是闪存(Flash Memory)家族中的成员,两者在基本的数据存储方式和操作机理上都完全相同。闪存以单晶体管作为二进制信号的存储单元,它的结构与普通的半导体晶体管(场效应管)非常类似,区别在于闪存的晶体管加入了“浮动栅(floating gate)”和“控制栅(Control gate)”—前者用于贮存电子,表面被一层硅氧化物绝缘体所包覆,并通过电容与控制栅相耦合。当负电子在控制栅的作用下被注入到浮动栅中时,该NAND单晶体管的存储状态就由1变成0。相对来说,当负电子从浮动栅中移走后,存储状态就由0变成1;而包覆在浮动栅表面的绝缘体的作用就是将内部的电子“困住”,达到保存数据的目的。如果要写入数据,就必须将浮动栅中的负电子全部移走,令目标存储区域都处于1状态,这样只有遇到数据0时才发生写入动作—但这个过程需要耗费不短的时间,导致不管是NAND还是NOR型闪存,其写入速度总是慢于数据读取的速度。
虽然基本原理相同,但闪存可以有不同的电荷生成与存储方案。其中应用最广泛的是“通道热电子编程(Channel Hot Electron,CHE)”,该方法通过对控制栅施加高电压,使传导电子在电场的作用下突破绝缘体的屏障进入到浮动栅内部,反之亦然,以此来完成写入或者抹除动作;另一种方法被称为“Fowler-Nordheim(FN)隧道效应法”,它是直接在绝缘层两侧施加高电压形成高强度电场,帮助电子穿越氧化层通道进出浮动栅。NOR闪存同时使用上述两种方法,CHE用于数据写入,支持单字节或单字编程;FN法则用于擦除,但NOR不能单字节擦除,必须以块为单位或对整片区域执行擦除操作,由于擦除和编程速度慢、块尺寸也较大,使得NOR闪存在擦除和编程操作中所花费的时间很长,无法胜任纯数据存储和文件存储之类的应用,但它的优点是可支持代码本地直接运行;其次,NOR闪存采用随机存储方式,设备可以直接存取任意区域的数据,因此NOR闪存底部有大量的信号引脚,且每个单晶体管都需要辅助读写的逻辑,晶体管利用效率较低、容量不占优势。而NAND闪存采用FN法写入和擦除,且采用一种“页面-块”寻址的统一存储方式,单晶体管的结构相对简单,存储密度较高,擦除动作很快,但缺陷在于读出性能平平且不支持代码本地执行。另一个不可忽视的地方在于,NAND闪存很容易出现坏块,制造商通过虚拟映射的方式将其屏蔽,这一点很类似于硬盘。
目前,NOR阵营的厂商主要有英特尔与Spansion,后者为AMD与富士通闪存部门合并成立的新企业,英特尔目前的市场份额稍高,而Spansion则在技术上具有一定的优势,该公司在2005年10月份推出1Gb容量的NOR闪存,创下NOR的最高容量记录。NAND领域的半导体厂商主要包括三星、现代(Hynix)、东芝、美国IM快闪科技(英特尔与美光科技近日成立的合资公司)等,其中三星占据的份额超过50%,居绝对的领先地位,该公司在2005年9月份推出16Gb密度的NAND闪存,但要等到今年下半年才有机会进入实质性的量产阶段。
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