Under construction
Твёрдотельные накопители
Твёрдотельные накопители большого объёма (англ. SSD - Solid State Drive/Disk) сейчас реализуют и предполагают в будущем на микросхемах флеш-памяти и других типах микросхем. SSD небольшого объёма иногда реализуют на микросхемах RAM (ОЗУ статического типа) с батарейным питанием или буферным аккумулятором. Рассмотрим принципы работы флеш-памяти. На рис. 3 показан принцип работы обычного полевого транзистора с изолированным затвором.
Полевой транзистор с изолированным затвором состоит из трёх слоёв: метллического затвора, изолятора и канала. Затвор используют как управляющий электрод. К каналу с двух сторон присоединены электроды - исток и сток. Если к затвору подвести управляющее напряжение, то через некоторое время (от долей наносекунды до долей микросекунды, в зависимости от физических размеров транзистора и величины приложенного напряжения) на затворе установится електрический заряд. Величина этого заряда соответствует ёмкости между затвором и каналом (истоком и стоком). Соответственно, между затвором и каналом образуется электрическое поле. Это поле управляет величиной сопротивления канала. Поскольку каналом управляет поле, то транзистор называется полевым. На рис. 3 приведена зависимость сопротивления канала от управляющего напряжения. При отсутствии управляющего напряжения (0 В) сопротивление канала между электродами исток - сток или обратно равно , практически, бесконечности. При некотором условном пороговом напряжении Uпор. считают, что транзистор открыт. Дальнейшее увеличение управляющего напряжения ещё более снижает сопротивление канала. Обычно, для различных типов транзисторов сопротивление полностью открытого канала лежит в пределах от нескольких сотен Ом до тысячных долей Ома. Напряжение порога конкретного транзистора зависит не только от условности выбора этой точки, но и от температуры транзистора, напряжения между стоком и истоком.
Некоторая модификация полевого транзистора, приводит к ячейке флеш-памяти (см. рис. 4).
Некоторая модификация полевого транзистора, приводит к ячейке флеш-памяти (см. рис. 4).
В полевом транзисторе для флеш-памяти сформирован дополнительный плавающий затвор. Плавающий он потому, что изолирован со всех сторон и не имеет вывода для подачи напряжения. Если, каким-либо образом сообщить плавающему затвору электрический заряд, то этот заряд, будучи хорошо изолированным, может сохраняться там годами, пока не будет снят каким-либо влияющим фактором, например, ионизирующим излучением, которое в небольших количествах всегда присутствует даже в обычных нормальных условиях. Если на плавающем затворе есть заряд, то на канал транзистора воздействует его поле. В результате, пороговое напряжение транзистора зависит от величины заряда плавающего затвора. Иначе говоря, для заряженного и не заряженного плавающего затвора получаются две разных зависимости сопротивления канала от управляющего напряжения (см. рис. 4). Если подавать на управляющий затвор промежуточное напряжение UR между пороговыми напряжениями обеих зависимостей, то можно определить, есть ли заряд на плавающем затворе или нет, если прозвонить канал транзистора. Наличием или отсутствием заряда на плавающем затворе во флеш-памяти ставят в соответствие два значения бита информации - "0" или "1". Открытому транзистору/незаряженному плавающему затвору соответствует "0", а запертому с заряженным электронами плавающему затвору "1".
Для изменения заряда плавающего затвора используют два физических явления. Это инжекция горячих электронов, разогнанных в канале до достаточной энергии, чтобы преодолеть тонкий слой диэлектрика под действием высокого положительного напряжения, приложенного к управляющему затвору (порядка +12 В).Чтобы как следует разогнать электроны, на сток транзистора при этом также подают положительное напряжение. Этим способом можно зарядить плавающий затвор, т.е. записать информацию в ячейку. Зарядить, а заодно и разрядить плавающий затвор также можно используя туннелирование электронов через диэлектрик. Многократные изменения заряда плавающего затвора ведут к постепенной деградации структуры флеш-ячейки и, в конечном счёте, к её отказу.
Для изменения заряда плавающего затвора используют два физических явления. Это инжекция горячих электронов, разогнанных в канале до достаточной энергии, чтобы преодолеть тонкий слой диэлектрика под действием высокого положительного напряжения, приложенного к управляющему затвору (порядка +12 В).Чтобы как следует разогнать электроны, на сток транзистора при этом также подают положительное напряжение. Этим способом можно зарядить плавающий затвор, т.е. записать информацию в ячейку. Зарядить, а заодно и разрядить плавающий затвор также можно используя туннелирование электронов через диэлектрик. Многократные изменения заряда плавающего затвора ведут к постепенной деградации структуры флеш-ячейки и, в конечном счёте, к её отказу.