Как устроена флеш-память?

Видео: Карта памяти не работает на компьютере

Слова «флеш-память» сейчас у всех на устах. Даже первоклассники в разговоре часто используют термин «флешка». Данная технология с невероятной быстротой приобрела популярность. Мало того, многие аналитики предрекают, что в скором времени флеш-память, полностью заменит устройства хранения информации на основе магнитных дисков. Что же, остается только наблюдать за развитием прогресса и пользоваться его благами. Удивительно, но многие, говоря об этой новинке, практически ничего не знают, что такое флеш-память. С одной стороны, пользователю нужно, чтобы устройство работало, а как именно оно выполняет свои функции – дело десятое. Однако иметь хотя бы общее представление необходимо каждому образованному человеку.

Что же такое флеш-память?

Как известно, в компьютерах есть несколько видов запоминающих устройств: модули оперативной памяти, винчестеры и оптические диски. Последние два – это электромеханические решения. А вот оперативка – полностью электронное устройство. Представляет собой набор транзисторов, собранных на кристалле специальной микросхемы. Ее особенность заключается в том, что данные хранятся до тех пор, пока на электрод базы в каждом управляемом ключе подается напряжение. Данный момент мы чуть позже рассмотрим подробнее. Флеш-память этого недостатка лишена. Проблему хранения заряда без подачи внешнего напряжения удалось решить с помощью транзисторов с плавающим затвором. При отсутствии внешнего воздействия заряд в таком приборе может сохраняться достаточно продолжительное время (не менее 10 лет). Чтобы объяснить принцип работы, необходимо вспомнить основы электроники.

Видео: ТехноФакты №3: накопители: Flash-память.

Как устроен транзистор?

Эти элементы получили столь широкое применение, что редко, где они не используются. Даже в банальном выключателе света иногда устанавливают управляемые ключи. Как же устроен классический транзистор? В его основе лежат два полупроводниковых материала, один из которых обладает электронной проводимостью (n), а другой дырочной (p). Чтобы получить простейший транзистор, необходимо соединить материалы, например, в виде n-p-n и в каждый блок подключить электрод. На один крайний электрод (эмиттер) подается напряжение. Им можно управлять, изменяя величину потенциала на среднем выводе (база). Снятие происходит на коллекторе – третий крайний контакт. Очевидно, что при исчезновении напряжения базы прибор вернется в нейтральное состояние. А вот устройство транзистора с плавающим затвором, лежащим в основе флешек, немного иное: перед полупроводниковым материалом базы размещен тонкий слой диэлектрика и плавающий затвор – вместе они образуют так называемый «карман». При подаче плюсового напряжения на базу транзистор будет открыт, пропуская ток, что соответствует нулю в логике. А вот если на затвор поместить единичный заряд (электрон), то его поле нейтрализует воздействие потенциала базы – прибор откажется закрытым (единица логическая). Измеряя напряжение между эмиттером и коллектором, можно определить наличие (или отсутствие) заряда на плавающем затворе. Помещение заряда на затвор осуществляется с помощью туннельного эффекта (Фаулер – Нордхейм). Для удаления заряда необходимо приложить высокое (9 В) отрицательное напряжение на базу и положительное на эмиттер. Заряд уйдет с затвора. Так как технология постоянно развивается, было предложено объединить обычный транзистор и вариант с плавающим затвором. Это позволило «стирать» заряд более низким напряжением и производить более компактные устройства (нет необходимости в изолировании). Флеш-память USB использует именно этот принцип (структура NAND).

Таким образом, объединив подобные транзисторы в блоки, удалось создать память, в которой записанные данные теоретически сохраняются без изменения десятки лет. Пожалуй, единственный недостаток современных флешек – ограничение на количество циклов перезаписи.