Välkmälu salvestamise põhimõte
Jul 03, 2022| Välkmälu salvestuspõhimõtte selgitamiseks peame veel alustama EPROM-ist ja EEPROM-ist.
EPROM tähendab, et selle sisu saab spetsiaalsete vahenditega kustutada ja seejärel ümber kirjutada. Selle põhiseadme ahel (salvestusrakk) kasutab sageli ujuvvärava laviini sissepritse MOS-ahelat, lühendatult FAMOS. See sarnaneb MOS-ahelaga, kus N-tüüpi substraadil kasvatatakse kahte kõrge kontsentratsiooniga P-tüüpi piirkonda ning allikas S ja äravool D tõmmatakse vastavalt ohmiliste kontaktide kaudu välja. SiO2 isoleerkihis hõljub lähteelektroodi ja äravooluelektroodi vahel polüsilikoonvärav ning puudub otsene elektriühendus ümbritsevaga. Selline vooluring näitab, kas ujuvvärav on laetud 1 või 0 hoidmiseks. Pärast ujuvvärava laadimist (näiteks negatiivne laeng) indutseeritakse allika ja selle all oleva äravoolu vahel positiivne juhtiv kanal, nii et MOS-toru on sisse lülitatud, mis tähendab, et 0 salvestatakse. Kui ujuvväravat ei laeta, ei teki juhtivat kanalit ja MOS-toru ei ole sisse lülitatud, st 1 salvestatakse.
EEPROM-i põhimäluseadme ahela tööpõhimõte on näidatud alloleval joonisel. Sarnaselt EPROM-iga genereerib see EPROM-i põhiseadme ahela ujuvvärava peale ujuvvärava. Esimest nimetatakse esimese taseme ujuvväravaks ja viimast nimetatakse teise taseme ujuvväravaks. Teise taseme ujuvväravale saab välja tõmmata elektroodi, nii et teise taseme ujuvvärav on ühendatud teatud pingega VG. Kui VG on positiivne pinge, tekib esimese ujuvvärava ja äravoolu vahel tunneliefekt, nii et elektronid süstitakse esimesse ujuvasse väravasse, st programmeerimisse ja kirjutamisse. Kui VG on negatiivne pinge, on esimese astme ujuvvärava elektronid sunnitud hajuma, st kustutama. Saab pärast kustutamist ümber kirjutada.
Välkmälu põhiahel, mis sarnaneb EEPROM-iga, koosneb ka kahekihilistest ujuvvärava MOS-transistoritest. Kuid esimene värava dielektrik on õhuke ja toimib tunneloksiidina. Kirjutamismeetod on sama, mis EEPROM-il. Teise taseme ujuvväravale rakendatakse positiivset pinget, et elektronid siseneksid esimese taseme ujuvväravasse. Lugemismeetod on sama mis EPROM. Kustutamismeetod on rakendada allikale positiivset pinget ja kasutada tunneliefekti esimese taseme ujuvvärava ja allika vahel, et meelitada allikale ujuvväravasse süstitud negatiivne laeng. Kuna allikas kustutatakse positiivse pingega, on iga seadme allikad omavahel ühendatud, nii et välkmälu ei saa baitidega kustutada, vaid kustutatakse täielikult või plokkidena. Hiljem, pooljuhttehnoloogia täiustamisega, realiseeris välkmälu ka ühe transistori (1T) disaini, lisades originaaltransistorile peamiselt ujuvvärava ja valikuvärava,
Pooljuhile moodustub elektronide hoidmiseks ujuv varjualune, kus vool kulgeb ühesuunaliselt allika ja äravoolu vahel. Ujuv värav on pakitud ränioksiidkile isolaatoriga. Selle kohal on valiku-/juhtvärav, mis juhib juhtivusvoolu allika ja äravoolu vahel. Andmed on 0 või 1 sõltuvalt sellest, kas räni substraadile moodustatud ujuvväravas on elektrone. 0 elektronidega, 1 ilma elektronideta.
Flash-mälu, nagu nimigi ütleb, lähtestatakse andmete kustutamisega enne kirjutamist. Täpsemalt ekstraheeritakse elektronid kõigist ujuvatest väravatest. Mõned andmed tagastatakse varsti numbrile "1".
Kirjutamisel kirjutage ainult siis, kui andmed on 0, ja ärge tehke midagi, kui andmed on 1. Kui kirjutatakse 0, rakendatakse värava elektroodile ja äravoolule kõrgepinget, suurendades allika ja äravoolu vahel juhitavate elektronide energiat. See võimaldab elektronidel murda läbi oksiidkile isolaatori ja ujuvasse väravasse.
Andmete lugemisel rakendatakse värava elektroodile teatud pinget, vool on 1, kui vool on suur, ja 0, kui vool on väike. Olekus, kus ujuvväraval ei ole elektrone (andmed on 1), rakendatakse äravoolule pinget, kui värava elektroodile rakendatakse pinget ja vool tekib suure hulga elektronide liikumise tõttu allika ja äravoolu vahel. Olekus, kus ujuvväraval on elektronid (andmed on 0), vähendatakse kanalis juhitavaid elektrone. Kuna väravaelektroodile rakendatav pinge neeldub ujuvvärava elektronide poolt, on kanalit raske mõjutada.