存储器原理介绍

Flash属于广义的EEPROM，因为它也是电擦除的rom。与 EEPROM不同，flash擦除时不再以字节为单位，而是以块或页 为单位，速度更快，所以被称为Flash erase EEPROM 。 任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行， 所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。一 般自带数据缓冲buffer。 Flash有Nor Flash和Nand Flash两种。
每个存储单元类似一个标准MOSFET, 但有两个闸极。在顶 部的是控制闸(Control Gate, CG)，如同其他MOS晶体管。 但是它下方则是一个以氧化物层与周遭绝缘的浮闸(Floating Gate, FG)。这个FG（多晶硅等）放在CG与MOSFET通道之 间。由于这个FG在电气上是受绝缘层独立的, 所以进入的 电子会被困在里面。在一般的条件下电荷经过多年都不会 逸散。
EEPROM存储单元原理：
0与1的读写：
以浮栅中是否存有电子来区分逻辑状态0和1（也会以电 荷多少来区分多个逻辑状态比如00、01、10、11等）。 写：当漏极接地，控制栅加上足够高的电压时（大于正 常工作电压），交叠区将产生一个很强的电场，在强电场的 作用下，电子通过绝缘层到达浮栅，使浮栅带负电荷。 擦：反之，当控制栅接地漏极加一正电压，则产生与上 述相反的过程，即浮栅放电。 读：注入浮栅的负电荷，排斥P型硅基层上的电子，抵 消提供给控制栅的电压。也就是说，如果浮置栅中积累了电 荷，则阈值电压（Vth）增高。与浮置栅中没有电荷时的情 况相比，如果不给控制栅提供高电压，则漏极－源极间不会 处于导通的状态。
EEPROM存储单元原理：
EEPROM 存储单元原理：
EEPROM 存储阵列：
EEPROM 芯片内部结构：
EEPROM ：
特点： ●可以随机访问和修改任何一个字节； ●具有较高的可靠性； ●电路复杂/单位容量成本高； ●容量小；
Flash Memory (flash erase EEPROM)：
同步动态随机存储器
SDRAM: 同步动态随机存储器，同步是指 Memory工作需要同步时钟，内部的 命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证 数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。
SDRAM从发展到现在已经经历了五代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二 代DDR SDRAM，第三代DDR2 SDRAM，第四代DDR3 SDRAM，第五代DDR4 SDRAM 。
3D NAND
容量更大、速度更快、价格更便宜、可靠性更高
未来
eMMC： Embedded MultiMedia Card
eMMC： Embedded MultiMedia Card
• 由于NAND Flash芯片的不同厂牌包括三星、东芝 (Toshiba)或海力士(Hynix)、美光(Micron)等，当 手机客户在导入时，都需要根据每家公司的产品 和技术特性来重新设计，过去并没有1个技术能够 通用所有厂牌的NAND Flash芯片。 • eMMC(Embedded MultiMedia Card )为MMC协 会所订立的内嵌式存储器标准规格，主要是针对 手机产品为主;eMMC结构由一个嵌入式存储解决 方案组成，带有MMC(多媒体卡)接口、快闪存储 器设备及主控制器——所有在一个小型的BGA封 装。
第一代SDRAM采用单端（Single-Ended）时钟信号,第二代开始由于工作频率 比较快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。
DDR SDRAM：Double Data Rate SDRAM
双倍速率的SDRAM
比普通的SDRAM多了两个信号： CLK#与 DQS。 CLK#与正常 CLK 时钟相位相反，形成差分 时钟信号。而数据的传输在 CLK 与 CLK# 的交叉点进行，可见在 CLK 的上升与下降 沿（此时正好是 CLK#的上升沿）都有数据 被触发，从而实现 DDR
SRAM：Static random access memory 静态随机存储器
SRAM是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据.
SRAM基本特点和用途：
DRAM：Dynamic random access memory
动态随机存储器
存储的电容器的容 量非常之小，所以不可 能一下子驱动公用数据 线，需要放大。
Flash 存储结构：
Flash 存储结构：
Flash存储阵列的组成：pageblockplanedevice
Nor Flash与Nand Flash 比较：
性能：
NOR的读速度比NAND稍快一些 NAND的写入速度和擦除速度比NOR快很多 NOR可以直接使用，并可在上面直接运行代码 NAND一般不能直接运行程序，需要先拷贝到RAM区，再运行 NOR可以按字节来操作 NAND只能以页或者块为单位操作
接口：
NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节 NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。 NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，容量密度较高，成本较低；
容量成本：
用途：
NOR主要应用在代码存储介质，方便直接运行代码，如BIOS NAND适合存储大容量数据。
当 DRAM 的电容器存储了电 荷时，对于 FET 来说，形成反偏 置状态，必然会发生漏电流，因此 DRAM 单元的电容器将必然进行 放电。所以，需要定期将单元的状 态恢复为初始状态，这称为刷新操 作。
DRAM单元读过程：
SRAM与DRAM比较：
SDRAM：Synchronous Dynamic random access memory
闪存的速度非常快，台式电脑和笔记本电脑上最新的闪存存储装置使用适当的接口后 读写速度可以达到每秒约500MB。然而，对于智能手机、平板电脑、电子书阅读器等移 动设备来说情况则完全不同，这些设备虽然同样使用闪存作为存储介质，但读取和写入 速度无论如何都无法达到每秒500MB，在大部分移动设备上，闪存的速度甚至每秒只有 约50MB，这是因为移动设备使用的闪存存储器不同于SATA接口的固态硬盘，而是嵌入 式的多媒体存储卡（Embedded Multi Media Card，简称eMMC），它所使用的连接方式速 度要慢很多。 2011年电子设备工程联合委员会（Joint Electron Device En gineering Council，简称 JEDEC）发布了第一代通用闪存存储（Universal Flash Storage，简称UFS）标准，希望能 够替代eMMC。然而，第一代的UFS并不受欢迎，因为相对于不断更新换代的eMMC它似 乎没有提供足够的优势。为此，JEDEC在2013年9月发布了新一代的通用闪存存储标准 UFS 2.0。JEDEC采用了来自 MIPI® 联盟的业界领先规范来建立互联层。UFS2.0版标准继 续这一协作，引用了 M-PHY® 3.0版规范与 UniProSM 1.6版规范。
DDR 差分时钟：起触发时钟校准的作用
由于数据是在 CK 的上下沿触 发，造成传输周期缩短了一半，因 此必须要保证传输周期的稳定以确 保数据的正确传输，这就要求 CK 的上下沿间距要有精确的控制。但 因为温度、电阻性能的改变等原因， CK 上下沿间距可能发生变化，此 时与其反相的 CK#就起到纠正的作 用。
Flash 存储单元：
Flash存储单元由EEPROM过渡而来，核心依旧使用浮栅，但省去了一个控制管。Nor和Nand两种flash 的存储单元排列形式不同。 NOR技术Flash Memory结构，每两个单元共用一个位线接触孔和一条源线线，采用CHE（沟道热电子） 的写入和源极F—N擦除，具有高编程速度和高读取速度的优点。但其编程功耗过 大，在阵列布局上，接触 孔占用了相当的空间，集成度不高。 NAND结构通过多位的直接串联，将每个单元的接触孔减小到1／2 n(n为每个模块中的位数，一般为8 位或1 6位)，因此，大大缩小了单元尺寸。NAND采用编F—N写，沟道擦除，其最大缺点是多管串联，读 取速读较其他阵列结构慢。
为了移动系统开发的DDR内存，主要在综合功耗方面做优化。 相对于DDR，LPDDR 在如下几个方面改动： (1). 降低核心工作电压 (2). DLL 省略：DLL (Delay Locked Loop，延时锁定回路) (3). 温度补偿刷新:温度感应，在低温下降低刷新率，降低在自刷新模式 下的功耗 (4). 部分区域的自刷新:提供用户可控的部分区域自刷新，而非整个区域 (5).超低C=NAND falsh+控制器+标准接口（遵循eMMC协议） Samsung eMMC 5.1 provides faster speed compared to eMMC 5.0, eMMC 5.1 achieves 300 MB/s in sequential read, and 140 MB/s in sequential write while eMMC 5.0 provides 260 MB/s in sequential read, and 135 MB/s in sequential write.
MCP存储器：Multi-Chip-Package
MCP存储器，MCP是在一个塑料封装外壳内，垂直堆叠大小不同 的各类存储器或非存储器芯片，是一种一级单封装的混合技术，用此 方法节约小巧印刷电路板PCB空间。 手机中：eMMC+DDR RAM
UFS存储器：Universal Flash Storage
存储器原理介绍
目
录
●半导体存储器分类和原理介绍
●高速存储器的应用
●其他存储类型简介
半导体存储器主要类别
EEPROM存储单元原理：
背景知识：量子隧道效应
经典物理学认为 物体越过势垒，有一阈值能量；粒子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则可以越过。例如骑自 行车过小坡，先用力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高，不蹬自行车，车到 一半就停住，然后退回去。 量子力学则认为 即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好象有 一个隧道，称作“量子隧道”。 1962年，英国剑桥大学实验物理学研究生约瑟夫森（Brian David Josephson，1940～）预言，当两个超 导体之间设置一个绝缘薄层时，电子可以穿过绝缘体从一个超导体到达另一个超导体。约瑟夫森的这 一预言不久就为P.W.安德森和J.M.罗厄耳的实验 观测所证实——电子对通过两块超导金属间的薄绝缘 层（厚度约为10埃）时发生了隧道效应，于是称之为“约瑟夫森效应”。 宏观量子隧道效应确立了微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑 上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道 效应而穿透绝缘层，使器件无法正常工作。因此，宏观量子隧道效应已成为微电子学、光电子学中的 重要理论。