Nand Flash結構及錯誤機制
發布時間：2020-11-26 14:36
發布者：宇芯電子
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Nand Flash是一種非易失性存儲器,具有讀寫速度快.功耗低.存儲密度高等優點,目前被廣泛應用于電子產品中,如固態硬盤( SSD)、手機、數碼相機等。進入21世紀以來,隨著CPU主頻以及IO頻率的不斷提高,傳統硬盤由于讀寫速度慢等原因已經成為PC、服務器存儲等領域發展的瓶頸。由于基于Nand Flash的存儲相比于傳統硬盤存儲具有體積小、讀寫速度快.抗震動強、溫濕度適應范圍寬等優點, Nand Flash的市場份額正在迅速擴大,逐步取代傳統硬盤。尤其在航天航空、國防軍事等特殊的應用環境領域中,Nand Flash已經成為存儲設備的首選。 Nand Flash存儲器內部是由存儲單元“浮置柵晶體管”陣列排布組成,每一個“浮置柵晶體管”包括2個柵極:一個控制柵極和一個浮置柵極,如圖1所示。浮置柵極被絕緣層包圍,能夠長時間存儲電荷。存儲單元初始狀態為擦除狀態,此時浮置柵極沒有電子積聚,當對控制柵極施加正電壓時,電子會從源極與漏極之間的通道經過氧化層陷入浮置柵極,此時存儲單元處于編程狀態。擦除操作是在源極加正電壓，利用浮置柵極與源極之間的隧道效應,把浮置柵極的電子吸引到源極。 圖1浮置柵晶體管結構示意圖 Nand Flash存儲空間由若干個plane組成,每個plane又包含若干個塊,塊又由頁組成。頁包括數據區域和冗余區域2部分,數據區域用來存儲數據,冗余區域則用來存儲ECC相關信息和映射表等信息12。頁為Nand Flash的讀寫單元,塊為擦除操作單元。 Nand Flash每個存儲單元可以存儲一個或多個比特位,當只存儲一個比特位時,這種存儲單元稱為單階存儲單元( SLC);當能夠存儲2個比特位時,稱為多階存儲單元(MLC);當存儲3個比特位時,稱為三階存儲單元(TLC)。在 MLC和TLC中,通過不同的電荷量來存儲多個比特位,因此數據讀取時需要檢測出電流量大小以確定電荷級別。而在SLC中只需檢測電荷的有無即可。MLC和TLC類型存儲器利用單個存儲單元存儲多個比特位,大大提高了存儲密度,降低了存儲成本,但同時也增大了誤碼率,而且壽命也要遠遠小于SLC類型存儲器。 對于長度為512 B的數據,目前的糾錯位數要求大概為: SLC:1位~12位糾錯能力; MLC:4位~40位糾錯能力; TLC:60位以上的糾錯能力。 Nand閃存存儲錯誤發生的機制主要包括:存儲密度的提升以及閾值電壓多級分布造成各存儲單元之間干擾增大,從而導致存儲過程中存儲電壓發生偏移而發生錯誤;隨著編程擦除周期次數的增加,陷阱電荷改變了閾值電壓的分布,使得電壓的分布區變寬,導致2閾值電壓之間發生重疊,從而造成誤判;在航空航天等應用環境中,電子會由于能量輻射而發生熱運動,也會導致存儲數據的錯誤。采用糾錯編碼技術能夠大大降低這些錯誤的發生。 |
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