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Cómo funciona la memoria flash: funcionamiento

Cómo funciona la memoria flash: funcionamiento


Como todas las formas de memoria semiconductora y otras tecnologías electrónicas, ayuda a comprender cómo funciona la memoria Flash.

De hecho, el funcionamiento de la tecnología de memoria Flash es muy similar al de la antigua tecnología EPROM que ha dejado de usarse, pero los conceptos son muy similares, aunque Flash funciona de una manera mucho más conveniente.

Conceptos básicos de funcionamiento de la memoria flash

La memoria flash puede proporcionar memoria de alta densidad porque solo requiere unos pocos componentes para componer cada celda de memoria. De hecho, la estructura de la celda de memoria es muy similar a la EPROM.

Cada celda de memoria Flash consta del canal básico con los electrodos de fuente y drenaje separados por el canal de aproximadamente 1 µm de largo. Por encima del canal en la celda de memoria Flash hay una puerta flotante que está separada del canal por una capa de óxido extremadamente delgada que normalmente tiene un grosor de solo 100 Å. La calidad de esta capa es crucial para el funcionamiento fiable de la memoria.

Sobre la puerta flotante está la puerta de control. Esto se usa para cargar la capacitancia de la puerta durante el ciclo de escritura.

En el caso de las EPROM tradicionales, estos chips de memoria se borran mediante la aplicación de luz ultravioleta. Para adaptarse a esto, estos dispositivos de memoria tienen una ventana translúcida que puede exponerse a la luz ultravioleta. Sin embargo, este proceso tarda más de veinte minutos. También requiere que el chip de memoria se retire de su circuito y se coloque en un borrador especial donde se pueda contener la luz ultravioleta.

La celda de memoria Flash funciona almacenando carga en la puerta flotante. La presencia de carga determinará entonces si el canal conducirá o no. Durante el ciclo de lectura, un "1" en la salida corresponde a que el canal se encuentra en su estado de baja resistencia o ON.

Programar la celda de memoria Flash es un poco más complicado e implica un proceso conocido como inyección de electrones calientes. Al programar la puerta de control se conecta a un "voltaje de programación". El drenaje verá un voltaje de alrededor de la mitad de este valor mientras la fuente está en tierra. El voltaje en la puerta de control se acopla a la puerta flotante a través del dieléctrico, elevando la puerta flotante al voltaje de programación e invirtiendo el canal debajo. Esto da como resultado que los electrones del canal tengan una mayor velocidad de deriva y una mayor energía cinética.

Las colisiones entre los electrones energéticos y la red cristalina disipan el calor que eleva la temperatura del silicio. En el voltaje de programación, se encuentra que los electrones no pueden transferir su energía cinética a los átomos circundantes lo suficientemente rápido y se vuelven "más calientes" y se dispersan más lejos, muchos hacia la capa de óxido. Estos electrones superan los 3,1 eV (electronvoltios) necesarios para superar la barrera y se acumulan en la puerta flotante. Como no hay forma de escapar, permanecen allí hasta que se eliminan mediante un ciclo de borrado.

El ciclo de borrado de la memoria Flash utiliza un proceso llamado tunelización de Fowler-Nordheim. El proceso se inicia enrutando el voltaje de programación a la fuente, conectando a tierra la puerta de control y dejando el drenaje flotando. En esta condición, los electrones son atraídos hacia la fuente y salen de la puerta flotante, pasando a través de la fina capa de óxido. Esto deja la puerta flotante sin carga.

Generalmente, el proceso de borrado solo dura unos pocos milisegundos. Cuando se completa, se comprueba cada celda de la memoria Flash del bloque para asegurarse de que se haya borrado por completo. Si no, se inicia un segundo ciclo de borrado.

Programación de memoria flash

En los primeros días de las memorias flash, uno de los factores que limitaban su aceptación era el tema de la programación de la memoria Flash porque tenían un número limitado de ciclos de programas de borrado. Esto fue causado por la rotura destructiva de la fina capa de óxido de la puerta. Algunos de los primeros ejemplos de memorias flash solo tenían unos pocos cientos de ciclos. Ahora la tecnología de memoria Flash ha mejorado enormemente y los fabricantes citan cifras que indican que la vida útil de la memoria Flash ya no es una preocupación.

La mayor parte de esta mejora en la memoria Flash se ha logrado mejorando la calidad de la capa de óxido. Cuando se encuentra que las muestras de chips de memoria flash tienen una vida útil menor, generalmente se debe a que el proceso de fabricación no está optimizado para el crecimiento de óxido. Ahora programar la memoria Flash no es un problema y cuando se usa la memoria Flash, los chips, dentro de lo razonable, no se tratan como elementos con una vida útil limitada.

Acceso a memoria flash

La memoria flash es diferente a la mayoría de los otros tipos de memoria electrónica en que, si bien la lectura de datos se puede realizar en direcciones individuales en ciertos tipos de memoria flash, las actividades de borrado y escritura solo se pueden realizar en un bloque de una memoria flash. Un tamaño de bloque típico será 64, 128 o 256 kB. Para adaptarse a esto, el software de control de bajo nivel utilizado para impulsar las memorias Flash, debe tener esto en cuenta si las operaciones de lectura y escritura se van a realizar correctamente.

La tecnología de memoria flash es capaz de proporcionar una forma de memoria de muy alta densidad, que en estos días es muy confiable y se puede usar para el almacenamiento de datos para una variedad de propósitos, desde tarjetas de memoria flash hasta tarjetas de memoria unidades en computadoras.

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