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Fonctionnement de la mémoire flash: fonctionnement

Fonctionnement de la mémoire flash: fonctionnement


Comme toutes les formes de mémoire à semi-conducteurs et autres technologies électroniques, elle permet de comprendre le fonctionnement de la mémoire Flash.

En fait, le fonctionnement de la technologie de mémoire Flash est très similaire à celui de l'ancienne technologie EPROM qui a perdu de son utilité, mais les concepts sont très similaires, même si Flash fonctionne d'une manière beaucoup plus pratique.

Principes de base du fonctionnement de la mémoire flash

La mémoire flash est capable de fournir une mémoire haute densité car elle ne nécessite que quelques composants pour constituer chaque cellule de mémoire. En fait, la structure de la cellule mémoire est très similaire à celle de l'EPROM.

Chaque cellule de mémoire Flash se compose du canal de base avec les électrodes de source et de drain séparées par le canal d'environ 1 µm de long. Au-dessus du canal dans la cellule de mémoire Flash, il y a une grille flottante qui est séparée du canal par une couche d'oxyde extrêmement mince qui n'a typiquement que 100 Â d'épaisseur. C'est la qualité de cette couche qui est cruciale pour le fonctionnement fiable de la mémoire.

Au-dessus de la grille flottante se trouve la grille de contrôle. Ceci est utilisé pour charger la capacité de grille pendant le cycle d'écriture.

Dans le cas des EPROM traditionnelles, ces puces mémoire sont effacées par l'application de lumière UV. Pour tenir compte de cela, ces dispositifs de mémoire ont une fenêtre translucide qui peut être exposée à la lumière UV. Cependant, ce processus prend plus de vingt minutes. Il nécessite également que la puce mémoire soit retirée de son circuit et placée dans une gomme spéciale où la lumière UV peut être contenue.

La cellule de mémoire Flash fonctionne en stockant la charge sur la grille flottante. La présence de charge déterminera alors si le canal conduira ou non. Pendant le cycle de lecture, un "1" à la sortie correspond au canal étant dans son état de faible résistance ou ON.

La programmation de la cellule de mémoire Flash est un peu plus compliquée et implique un processus appelé injection d'électrons chauds. Lors de la programmation, la porte de contrôle est connectée à une "tension de programmation". Le drain verra alors une tension d'environ la moitié de cette valeur alors que la source est à la terre. La tension sur la grille de commande est couplée à la grille flottante via le diélectrique, élevant la grille flottante à la tension de programmation et inversant le canal en dessous. Il en résulte que les électrons du canal ont une vitesse de dérive plus élevée et une énergie cinétique accrue.

Les collisions entre les électrons énergétiques et le réseau cristallin dissipent la chaleur qui élève la température du silicium. A la tension de programmation, on constate que les électrons ne peuvent pas transférer assez rapidement leur énergie cinétique aux atomes environnants et qu'ils deviennent "plus chauds" et se dispersent plus loin, beaucoup vers la couche d'oxyde. Ces électrons surmontent les 3,1 eV (électron-volts) nécessaires pour surmonter la barrière et ils s'accumulent sur la grille flottante. Comme il n'y a aucun moyen de s'échapper, ils y restent jusqu'à ce qu'ils soient retirés par un cycle d'effacement.

Le cycle d'effacement de la mémoire Flash utilise un processus appelé tunnel Fowler-Nordheim. Le processus est lancé en acheminant la tension de programmation vers la source, en mettant à la terre la grille de commande et en laissant le drain flottant. Dans cette condition, les électrons sont attirés vers la source et ils tunnel hors de la grille flottante, passant à travers la fine couche d'oxyde. Cela laisse la grille flottante sans charge.

Généralement, le processus d'effacement ne dure que quelques millisecondes. Une fois terminé, chaque cellule de mémoire Flash du bloc est vérifiée pour s'assurer qu'elle a été complètement effacée. Sinon, un deuxième cycle d'effacement est lancé.

Programmation de la mémoire flash

Dans les premiers jours des mémoires flash, l'un des facteurs limitants de leur utilisation était le sujet de la programmation de la mémoire Flash, car elles disposaient d'un nombre limité de cycles de programme d'effacement. Cela a été causé par la rupture destructrice de la mince couche d'oxyde de grille. Certains des premiers exemples de mémoires flash n'avaient que quelques centaines de cycles. Maintenant, la technologie de la mémoire Flash est considérablement améliorée et les fabricants citent des chiffres qui signifient que la durée de vie de la mémoire Flash n'est plus un problème.

La majeure partie de cette amélioration de la mémoire flash a été provoquée par l'amélioration de la qualité de la couche d'oxyde. Lorsque des échantillons de puces de mémoire flash s'avèrent avoir une durée de vie inférieure, cela est généralement dû au fait que le processus de fabrication n'est pas optimisé pour la croissance de l'oxyde. Désormais, la programmation de la mémoire Flash n'est pas un problème et lors de l'utilisation de la mémoire Flash, les puces ne sont pas, dans des limites raisonnables, traitées comme des éléments à durée de vie limitée.

Accès à la mémoire flash

La mémoire flash est différente de la plupart des autres types de mémoire électronique en ce que, bien que la lecture des données puisse être effectuée sur des adresses individuelles sur certains types de mémoire flash, les activités d'effacement et d'écriture ne peuvent être effectuées que sur un bloc d'une mémoire Flash. Une taille de bloc typique sera de 64, 128 ou 256 Ko. Pour tenir compte de cela, le logiciel de contrôle de bas niveau utilisé pour piloter les mémoires Flash doit en tenir compte si les opérations de lecture et d'écriture doivent être effectuées correctement.

La technologie de mémoire flash est capable de fournir une forme de mémoire à très haute densité, qui de nos jours est très fiable et peut être utilisée pour le stockage de données à diverses fins - tout, des clés de mémoire Flash aux cartes mémoire de l'appareil photo jusqu'à l'équivalent du disque dur lecteurs dans les ordinateurs.


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