W.Spieß 05.03.01

Flashspeicher

Flash-Speicherzellen sind nichtflüchtige Speicherzellen. Die einzelne Speicherzelle ähnelt einem MOS-Transistor. Zusätzlich ist zwischen dem Steuergate (Gate) und dem Leitungskanal eine elektrisch isolierte Halbleiterschicht, das Floating Gate eingebracht. Im spannungslosen Zustand des Speicherchips behält die Speicherzelle ihre Information in Form einer elektrischen Ladung auf diesem Floating Gate. Durch Einbringen bzw. Entfernen der Ladung kann der Transistor ein- bzw. ausgeschaltet werden. Grundsätzlich existieren zwei Typen der Flashtechnologie, die NAND und die NOR Architektur. Der Lösch- und der Schreibvorgang wird in diesen Speichertechnologien immer elektrisch durchgeführt. Dies im Gegensatz zum EPROM, welches durch UV-Licht gelöscht und elektrisch beschrieben wird. Führende Hersteller für Flash Speicherbausteine sind z.B. AMD, Atmel, INTEL, SAMSUNG,Toshiba

FLASH Speicherzelle in NAND-Architektur

In den Abschnitten Löschen der Speicherzelle und Beschreiben der Speicherzelle werden veschiedene Spannungen !=5V beschrieben. Diese werden on-chip durch Ladungspumpen Schaltkreise aus der Versorgungsspanung des Chips erzeugt.

Löschen der Speicherzelle

Während des Löschvorgang werden die Elektronen aus dem sog. Floating Gate bewegt. Dieser physikalische Vorgang wird als Fowler-Nordheim Tunnelung bezeichnet. Die Speicherzelle wird zum Löschen wie im Bild 1 an eine treibende Spannung angeschlossen. Das elektrische Feld dieser Spannung erzeugt den Effekt, dass die Elektronen aus dem Gate "tunneln" können.

Bild 1 Löschen einer Flash Speicherzelle

Bechreiben der Speicherzelle

Zum Beschreiben der Speicherzelle wird ebenfalls der Tunneleffekt genutzt, diesmal im Gegensatz zum Löschvorgang, in umgekehrter Richtung. Die Spannung am Gate erzeugt ein elekrisches Feld. Dieses Feld versetzt die Elektronen im Kanal in energetischen Zustand, auf das Floating Gate tunneln zu können.

Bild 2 Schreiben einer Flash Speicherzelle

Lesen der Speicherzelle

Um den Speicherinhalt einer Zelle auszulesen, wird an das Gate des "MOS-Transistors" eine positive Spannung angelegt. Der dann zwischen dem Drain- und dem Sourceanschluss fließende Strom wird gemessen und führt nach seiner Auswertung zur Festlegung des digitalen High oder Low Pegels.