NAND闪存内部结构解析

NAND闪存是一种电压原件，靠其内存电压来存储数据。

市场上主流的掉电还能保存数据的存储芯片主要有，EEPROM，NOR FLASH, NAND FLASH，EMMC, UFS。

闪存的内部存储结构是金属-氧化层-半导体-场效晶体管(MOSFET)，里面有一个浮置栅极(Floating Gate)，它便是真正存储数据的单元。请看下图：

数据在闪存的存储单元中是以电荷(electrical charge) 形式存储的。存储电荷的多少，取决于图中的控制栅极(Control gate)所被施加的电压，其控制了是向存储单元中冲入电荷还是使其释放电荷。而数据的表示，以所存储的电荷的电压是否超过一个特定的阈值Vth来表示。

1.对于NAND闪存的写入(编程)，就是控制Control Gate去充电(对Control Gate施加电压)，使得浮置栅极存储的电荷够多，超过阈值Vth，就表示0。

2.对于NAND Flash的擦除(Erase)，就是对浮置栅极放电，低于阈值Vth，就表示1。

NAND型闪存的擦和写均是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电(写数据)或放电(擦除数据)。(见下图)而这个绝缘层会随着擦写而耗损。而随着制程的提升，FG层容纳的电子会变少，而绝缘层也会变的越来越薄，所以耗损能力也会相应降低，这就是为什么新制程的颗粒寿命反而越来越短的原因。以intel为例，40nm的MLC闪存寿命大约为5000次，而25nm仅为3000次，到了19nm只剩下2000，而部分厂商的16nmMLC闪存则只有1500次的寿命。

图是一个8Gb 50nm的SLC颗粒内部架构，每个page有33,792个存储单元，每个存储单元代表1bit(SLC)，所以每个page容量为4096Byte + 128Byte(SA区)。每个Block由64个page组成，所以每个Block容量为262,114Byte + 8192Byte (SA区)。Page是NAND Flash上最小的读取/写入(编程)单位(一个Page上的单元共享一根字符线Word line)，Block是NAND Flash上最小的擦除单位。不同厂牌不同型号颗粒有不同的Page和Block容量。

审核编辑：汤梓红