NAND Flash存储原理详解
存储原理
光盘存储：烧洞；磁盘存储：磁畴；flash 存储：电荷
我们都生活在数字时代，数据简单来说就是一串二进制数字，比方说：0101010101001101…
光盘的材质是有铝夹层的塑料，在上面烧洞就形成了数据，读取时利用光在铝层上的镜面反射，有洞的地方光不能被反射('0')，没有洞的地方光被反射('1')
磁盘的材质是磁性材料，被磁场作用(磁化)之后就形成了不同方向的磁畴，目前的磁盘都是垂直存储(磁畴垂直排列)，向上就是'0'，向下就是'1'，也可能是反过来的。
flash 的存储单元(cell)本质上还是一种半导体器件，即在mos管的栅极(gate)和氧化层(oxide)之间增加了一个浮栅(floating gate，简称fg)，是为fgmos，原来的gate就变成控制栅极(control gate, 简称cg)。
下面重点介绍flash的存储原理，即flash是如何利用电子实现数据存储的。
02浮栅 vs 电荷捕获
常见的flash存储器主要有两种，nand和nor，它们的cell都是fgmos。fg虽为导体，但是由于完全被绝缘材料(比如氧化硅)包裹，所以电荷一旦进入fg，一般情况下不会消失，断电也不会，即所谓非挥发。近年来由于3d nand的发展，**ct(charge trap，电荷捕获) **nand已逐渐成为主流，即用charge trap layer(sinx)替换floating gate作为电荷存储层。charge trap和floating gate最大的区别在于电荷是否能在其中自由移动。
charge trap的材料是绝缘体，所以电荷不能在其中自由移动
03读/写/擦
flash有三种基本操作：
读(read), 写(program/write), 擦(erase)
fgmos cell结构：
cg/oxide/fg/oxide/channel/si_sub
以slc(single level cell)为例，一个cell，即一个fg，代表了一个bit的数据，非0即1，一般规定fg中没有电子为'1'，有电子则为'0'。这里只用电荷有无来表述其实不严谨，因为erase状态并不是完全没有电荷，而是电荷多少的问题，而且还有正电荷的存在，所以一般是根据cell vt来判断，如下图所示，
flash的一般操作如下，
read. 假设cg接5v，即上图中的vread，如果fgmos的沟道(channel)开启，即有电流流过，则数据为'1'；如果fgmos的沟道没有开启，即没有电流流过，则数据为'0'。对于理想器件而言，read操作不会影响fg中存储电荷的数量。read之后，电荷就在那里，不增不减program. 假设cg接18v，当沟道中的电子获得足够高的能量，就会通过热载流子注入或fowler–nordheim隧穿的方式到达fg，去掉cg电压后电子被保存在fg中，即达到数据存储的目的erase. 可以理解为program的逆操作，即si_sub接20v，cg接地，无论是nor还是nand，erase的过程都是电子通过fowler–nordheim隧穿效应离开fg，穿过tunnel oxide到达硅衬底(si_sub)下表简单整理了nor/nand操作的基本原理，供参考。
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读(read), 写(program/write), 擦(erase)
fgmos cell结构：
cg/oxide/fg/oxide/channel/si_sub
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flash的一般操作如下，
read. 假设cg接5v，即上图中的vread，如果fgmos的沟道(channel)开启，即有电流流过，则数据为'1'；如果fgmos的沟道没有开启，即没有电流流过，则数据为'0'。对于理想器件而言，read操作不会影响fg中存储电荷的数量。read之后，电荷就在那里，不增不减program. 假设cg接18v，当沟道中的电子获得足够高的能量，就会通过热载流子注入或fowler–nordheim隧穿的方式到达fg，去掉cg电压后电子被保存在fg中，即达到数据存储的目的erase. 可以理解为program的逆操作，即si_sub接20v，cg接地，无论是nor还是nand，erase的过程都是电子通过fowler–nordheim隧穿效应离开fg，穿过tunnel oxide到达硅衬底(si_sub)下表简单整理了nor/nand操作的基本原理，供参考。
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