NAND閃存內部結構解析

NAND閃存是一種電壓原件，靠其內存電壓來存儲數據。

市場上主流的掉電還能保存數據的存儲芯片主要有，EEPROM，NOR FLASH, NAND FLASH，EMMC, UFS。

閃存的內部存儲結構是金屬-氧化層-半導體-場效晶體管(MOSFET)，里面有一個浮置柵極(Floating Gate)，它便是真正存儲數據的單元。請看下圖：

數據在閃存的存儲單元中是以電荷(electrical charge) 形式存儲的。存儲電荷的多少，取決于圖中的控制柵極(Control gate)所被施加的電壓，其控制了是向存儲單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數據的表示，以所存儲的電荷的電壓是否超過一個特定的閾值Vth來表示。

1.對于NAND閃存的寫入(編程)，就是控制Control Gate去充電(對Control Gate施加電壓)，使得浮置柵極存儲的電荷夠多，超過閾值Vth，就表示0。

2.對于NAND Flash的擦除(Erase)，就是對浮置柵極放電，低于閾值Vth，就表示1。

NAND型閃存的擦和寫均是基于隧道效應，電流穿過浮置柵極與硅基層之間的絕緣層，對浮置柵極進行充電(寫數據)或放電(擦除數據)。(見下圖)而這個絕緣層會隨著擦寫而耗損。而隨著制程的提升，FG層容納的電子會變少，而絕緣層也會變的越來越薄，所以耗損能力也會相應降低，這就是為什么新制程的顆粒壽命反而越來越短的原因。以intel為例，40nm的MLC閃存壽命大約為5000次，而25nm僅為3000次，到了19nm只剩下2000，而部分廠商的16nmMLC閃存則只有1500次的壽命。

圖是一個8Gb 50nm的SLC顆粒內部架構，每個page有33,792個存儲單元，每個存儲單元代表1bit(SLC)，所以每個page容量為4096Byte + 128Byte(SA區)。每個Block由64個page組成，所以每個Block容量為262,114Byte + 8192Byte (SA區)。Page是NAND Flash上最小的讀取/寫入(編程)單位(一個Page上的單元共享一根字符線Word line)，Block是NAND Flash上最小的擦除單位。不同廠牌不同型號顆粒有不同的Page和Block容量。

審核編輯：湯梓紅