从浮栅MOS到Nand Flash Cell

*以下是个人对相关基础知识的梳理和总结,对于高度专业性的知识个人理解可能会有出入,如果有误,希望各位大佬不吝指教;


1.上篇博文讲了浮栅MOS怎么存储信息的:

    给栅极一个高压,电子就可以穿过隧穿层进入浮栅层,然后因为有绝缘层的存在,电子就在浮栅层止步了。如果在把电压撤走,此时这些电子依然会被锁在浮栅层,因为隧穿层本质上也是一种绝缘体【有兴趣可以去了解一下隧穿效应,这里就不做更深入的分析了】;

    这样1bit数据就被存进去了;

2.擦除数据

    把浮栅层中的电子释放掉就意味着擦除数据,那怎么把电子释放掉呢?可以在衬底上增加高压,这样浮栅层中的电子就可以被吸引出来;

    如果浮栅层中没有电子,就意味着是data=1的状态,浮栅层中有电子就是data=0的状态;

    那硬件是怎么知道这个浮栅MOS是0还是1的状态呢?继续往下看

### 双层MOSFET结构原理 双层MOSFET是一种特殊类型的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET),它通过引入两个独立的来增强器件的功能性和性能。这种设计允许更复杂的编程和擦除操作,适用于非易失性存储器和其他高级应用。 #### 基本架构 传统单MOSFET由源极、漏极、控制以及位于两者之间的单一组成。而在双层MOSFET中,则存在两层相互绝缘但电气上相连的动导体——即上下两个[^1]。这两个之间被一层薄介质隔开,并且各自与硅衬底上的不同区域接触。这样的双重结构使得能够分别向每个施加不同的电压脉冲来进行精确的数据写入或删除动作。 #### 工作机制 当给定特定条件下的电荷注入到其中一个时,可以改变该部分阈值电压而不影响另一个的状态;反之亦然。这提供了额外维度的信息存储能力,因为现在可以在同一单元内表示更多种可能组合。具体来说: - **编程**:通过对选定充电使其进入高阻态; - **擦除**:释放所选中的电子回到初始低阻态; - **读取**:测量流经器件通道电流大小从而判断当前处于何种状态。 此过程依赖于量子隧穿效应或是热载流子注入等物理现象完成实际位元设置,在某些情况下还可以利用FN隧道(Fowler-Nordheim Tunneling)方式实现高效能的操作模式。 #### 应用领域 由于具备上述独特性质,双层MOSFET特别适合应用于以下方面: - **非挥发性内存(NVM)** 如闪存(Flash Memory), EEPROMs; - **模拟电路**, 例如可调增益放大器、振荡器频率调整元件; - **混合信号处理芯片**, 实现更高精度与时序控制; 值得注意的是,尽管这些特性赋予了双层MOSFET诸多优势,但在制造工艺复杂度和技术难度上也有相应增加,因此成本较高并限定了其应用场景范围。 ```cpp // C++代码示例展示如何定义一个简单的双层模型类 class DualFloatingGateMOSFET { private: float upperFGVoltage; // 上部电压 float lowerFGVoltage; // 下部电压 public: void programUpper(float voltage); void eraseLower(); bool readState() const; }; ```
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