固态硬盘如何存储一位数据

MOS管原理

MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种常见的场效应晶体管，广泛应用于电子电路中

mos管的组成：

• 源极（Source, S）：电流的入口。

• 漏极（Drain, D）：电流的出口。

• 栅极（Gate, G）：控制电流通道的开关。

• 体（Bulk, B）或衬底（Substrate）：晶体管的主体，通常与源极相连。

• 氧化层（Oxide Layer）：栅极与衬底之间的绝缘层，通常为二氧化硅（SiO₂）。

mos管的工作原理：

MOSFET的工作原理基于电场效应，通过在栅极施加电压来控制源极和漏极之间的电流。根据导电类型的不同，MOSFET可以分为N沟道和P沟道两种类型。

N沟道MOSFET

1. 初始状态：当栅极电压为0时，源极和漏极之间没有导电通道，MOSFET处于关闭状态。
2. 导通状态：当在栅极施加正电压（相对于源极）时，栅极下方的P型半导体区域被电场影响，电子被吸引到栅极下方，形成一个导电通道（称为反型层）。此时，源极和漏极之间形成导电路径，电流可以从漏极流向源极。

P沟道MOSFET

1. 初始状态：当栅极电压为0时，源极和漏极之间没有导电通道，MOSFET处于关闭状态。
2. 导通状态：当在栅极施加负电压（相对于源极）时，栅极下方的N型半导体区域被电场影响，空穴被吸引到栅极下方，形成一个导电通道。此时，电流可以从源极流向漏极。

浮栅MOS管

浮栅MOS管（Floating-Gate MOSFET, FG-MOSFET）是一种特殊的MOSFET，用于非易失性存储器如EEPROM和闪存。这种器件利用浮动栅极的电荷存储特性来实现数据的存储和读取。

浮栅MOS管的结构

浮栅MOS管的结构与普通MOSFET类似，但增加了一个浮动栅极和控制栅极。

• 源极（Source, S）
• 漏极（Drain, D）
• 控制栅极（Control Gate, CG）：外部控制信号的输入端。
• 浮动栅极（Floating Gate, FG）：位于控制栅极和导电通道之间，被氧化层完全包围，与其他部分电绝缘。
• 氧化层（Oxide Layer）：隔离浮动栅极和控制栅极，以及浮动栅极和衬底。

工作原理

浮栅MOS管通过在浮动栅极上存储电荷来表示数据。其工作机制包括以下几个步骤：

编程（Program）：

• 热电子注入（Hot Electron Injection）：通过在控制栅极和漏极之间施加高电压，使电子从漏极穿越氧化层进入浮动栅极。此时，浮动栅极积累负电荷。
• 隧穿效应（Tunneling）：另一种方法是利用隧穿效应，通过在控制栅极和源极之间施加高电压，使电子通过薄氧化层隧穿进入浮动栅极。

擦除（Erase）：

• 通过施加相反的电压，使浮动栅极上的电子通过隧穿效应回到衬底或源极，从而清除浮动栅极上的电荷。

读取（Read）：

• 读取时，在控制栅极上施加一定的读电压，根据浮动栅极上的电荷状态（即是否有电荷）来决定导电通道的形成与否，从而读取出存储的数据（通常表示为“0”或“1”）。

特性和优点

• 非易失性：浮栅上的电荷状态不会随着电源的关闭而丢失，因此适用于长时间存储数据。
• 高密度存储：由于每个浮栅MOS管可以存储一位或多位数据（通过多级电荷存储），适用于高密度存储器设计。
• 耐久性：浮栅MOS管能够承受大量的编程和擦除周期，但其耐久性有限，通常在数千到数百万次循环。

MOS管的符号

浮栅MOS管的符号

nand flash写入和擦除

下图是一个闪存块，上下两行是控制的，中间四行是存储信息的，可以看出一共可以存储16位的信息。

横着的是字线，链接了一行mos管的栅极，竖着的是位线。最小单位是页，一页就是一行。

写入的时候，需要把这一整块的数据都擦除，也就是把浮栅层的电子释放掉，对应的存储单元就变成了逻辑1。

然后如果是要按页写入，就在对应的页上加入高电压，然后在对应的位线上加入低电压就可以，那也对应的位置就会写入逻辑0。

写入的最小单位是一页，擦除的最小单位是一块。

擦除：给所有的字线一个低电平，然后衬底一个高电压就可以

深入理解闪存！固态硬盘如何存储一位数据？NAND FLASH是怎么擦除和写入的？FLASH的工作原理！_哔哩哔哩_bilibili