闪存知识科普-闪存的四种类型

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于 2025-01-03 18:49:51 发布

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概述：

上一篇文章《闪存知识科普-基本储存单元结构》提到了闪存的基本储存单元。这一篇文章我们谈一下闪存的类别。根据闪存基本储存单元的连接方式不同，我们把闪存产品分为四大类。分别为：NAND Flash 、NOR Flash、DINOR（Divided Bit-Line NOR）Flash和AND Flash。
为了方便描述，我们用一个符号来表示闪存的基本储存单元。如下图所示。
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NAND Flash。

NAND Flash的最大特点是把基本储存单元串联连接起来使用。如下图所示。基本储存单元Cell 1的源极连接到基本储存单元Cell 2的漏极，基本储存单元Cell 2的源极连接到基本储存单元Cell 3的漏极，……依此类推，到最后，基本储存单元Cell n-1的源极连接到基本储存单元Cell n的漏极，基本储存单元Cell n的源极连接到地。这样，一连串的基本储存单元组成一条数据线（Data Line）。为了管理方便，在该数据线的前端，即Cell 1的漏极，加入一个开关管SW1。当向SW1的G极施加有效电平时，这条数据线才被选中。每个基本储存单元的G极，连接到各自对应的字线（Word Line）。
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NAND Flash还可以细分为SLC、MLC、TLC三种。

SLC：Single Level Cell

早期的NAND Flash，只需要判断悬浮闸内是否有电荷。假设有电荷为“1”，则无电荷就是“0”。一个基本储存单元只储存1bit数据。这种NAND Flash被称为SLC。它的读写操作简单快速。

MLC：Multiple Level Cell。

后来发展出一种新的NAND Flash，一个基本储存单元内可以储存2bit数据。其原理其实很简单：假设悬浮闸内可以储存40个电荷，如果里面不足10个电荷，我们把它判定为“0”，如果里面有10-20个电荷，我们把它判定为“1”，如果里面有20-30个电荷，我们把它判定为“3”，如果里面有30-40个电荷，我们把它判定为“4”。当然，实际上不可能去数电荷，而是用四个参考电压值去比较，接近哪个等级就判定为哪个值。由于读写过程都要进行电平比较，所以MLC的读写比SLC慢很多。

TLC：Triple Level Cell。

TLC则是在一个基本储存单元内储存4bit数据。原理和MLC一样，只是多划分了几个等级。由于读写过程中要比较的参考值比较多，所以，TLC的读写速度比MLC更慢。
TLC之后，还发展出了QLC、PLC……等，每个单元分别可以储存8bit和16bit数据。

NOR Flash

NOR Flash的基本储存单元是并联连接。各基本储存单元的G极连接到字线（Word Line），源极连接到源线（Source Line），漏极连接到数据线（Data Line）。如下图所示。
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NAND Flash和NOR Flash的异同点：

NOR Flash写入时采用通道热电子（Channel Hot Electron）方式。在G极和漏极之间施加较高的电压，以提高通过N沟道的电子的能量，让这些电子可以突破绝缘层进入悬浮闸。因此，这种闪存的能耗较大，不适于低压操作。
NAND Flash写入时采用隧道（Tunel）方式。利用氧化膜的隧道现象来写入资料。因此能耗较小。
NOR Flash的读出速度非常快。读出时间只需要100ns。适用于随机存取。
NAND Flash是串联连接，所以它只适合顺序存取（Sequential Access）。如果要随机储存（Random Access），则速度非常的慢。
NOR Flash的基本储存单元体积较大，很难高密度集成。
而NAND Flash基本储存单元体积较小，适于高密度集成。也因此，市面上容量较大的闪存，基本上是NAND Flash。
为了兼备NAND Flash的高密度集成和NOR Flash的快速随机存取，并避开它们的缺点，日本三菱和日立等公司又研发出了DINOR Flash和AND Flash。