Читать «Домашний компьютер №9 (123)» онлайн - страница 36

Замечательное изобретение сотрудника Intel Дона Фрохмана как раз и состояло в том, что он придумал, как это сделать. Но сначала давайте посмотрим, как работает сконструированный им полевой транзистор с плавающим затвором при чтении информации.

На рис. 3

представлено устройство элементарной ячейки, лежащей в основе всех современных типов флэш-памяти. Если исключить из нее «плавающий затвор», мы получим самый обычный полевой транзистор – такой же, как тот, что входит в ячейку DRAM. Если подать на управляющий затвор такого транзистора положительное напряжение, он откроется, и через него потечет ток (состояние «логическая единица»).

На рис. 4

и изображен именно такой случай, когда плавающий затвор не оказывает никакого влияния на работу ячейки, – такое состояние характерно для «чистой» флэш-памяти, в которую еще ни разу ничего не записывали.

Если же мы каким-то образом ухитримся разместить на плавающем затворе некоторое количество зарядов – свободных электронов (на рис. 3 они показаны в виде красненьких кружочков), – то они будут экранировать действие управляющего электрода, и такой транзистор вообще перестанет проводить ток. Это состояние – «логический ноль» 8 . Поскольку затвор «плавает» в толще изолятора (двуокиси кремния, SiO2), то сообщенные ему однажды заряды в покое никуда деться не могут. И записанная таким образом информация может храниться десятилетиями (производители обычно давали гарантию 10 лет, но на практике это время значительно больше).

Осталось всего ничего – придумать, как размещать заряды на изолированном от внешних влияний плавающем затворе. И не только размещать – ведь иногда память приходится и стирать, – поэтому должен существовать способ извлекать их оттуда. В первых образцах EPROM (UV-EPROM – тех самых, что стирались ультрафиолетом) слой окисла между плавающим затвором и подложкой был достаточно толстым (если, конечно, величину 50 нанометров можно охарактеризовать словом «толстый»), и работало все это довольно грубо. При записи на управляющий затвор подавали достаточно высокое положительное напряжение – до 36–40 В (что для микроэлектронной техники считается просто катастрофическим перенапряжением), а на сток транзистора – небольшое положительное. При этом электроны, которые двигались от истока к стоку, настолько ускорялись полем управляющего электрода, что барьер в виде изолятора между подложкой и плавающим затвором просто «перепрыгивали». Такой процесс называется еще инжекцией горячих электронов.

Ток заряда при этом достигал миллиампера – можете себе представить, каково было потребление всей схемы, если в ней одновременно заряжать хотя бы несколько тысяч ячеек. И хотя такой ток требовался на достаточно короткое время (хотя с точки зрения быстродействия схемы не такое уж и короткое – миллисекунды), это было крупнейшим недостатком всех старых образцов EPROM-памяти. Еще хуже другое – и изолятор, и сам плавающий затвор такого «издевательства» долго не выдерживали, постепенно деградируя, отчего количество циклов записи/стирания было ограничено несколькими сотнями, максимум – тысячами. Во многих образцах флэш-памяти (даже более поздних) была предусмотрена специальная схема для хранения карты «битых» ячеек – в точности так, как это делается в жестких дисках. В современных моделях такая карта, кстати, тоже имеется – однако число циклов стирания/записи возросло до сотен тысяч и даже миллионов.