闪存非易失性效应背后的“秘密”是什么？

Question

正如维基百科和其他来源所说：

“闪存是一种非易失性计算机存储芯片，可以电擦除和重新编程。它是从 EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）发展而来的，必须以相当大的块擦除，然后才能用新数据重写。 ”

据我所知，要存储每一位，非易失性存储器必须使用以下技术之一：

但是，我没有发现这里使用了任何这种“技术”。如果使用 1 或 2，闪存至少需要一个板载电池来保持电路通电（或用另一个电路刷新）。如果使用 3，它将是一个外部硬盘驱动器，这里不是这种情况。

那么，闪存如何存储它们的位呢？还有另一种我不知道的技术使闪存成为可能吗？

Answer 1

只是一些小的更正，DRAM 内存是易失性的，而不是您的问题中的非易失性。触发器也是不稳定的，因为它们需要电源才能保持其状态。易失性记忆失去了它们的凝聚力，因此失去了它们存储的数据，这在断电时是理所当然的。可以在这里看到 volatile 的定义：

（电子与计算机科学/计算机科学）当电源被切断时，（存储器的）计算不保留存储的信息。

DRAM 还存在一个问题，即即使通电也会丢失数据，并且需要不断刷新以保留数据。

相比之下，真正的非易失性存储器不需要连接外部电源来保留数据。

在 EEPROM 和闪存变得如此普遍之前，实现（公认是假的）非易失性存储器的唯一现实方法是使用某种电池备份。这意味着内存量受到高度限制，以将所需的电流保持在最低限度，从而增加可以存储数据的时间量。

如今，尽管非易失性存储器技术取得了相当大的进步，并为我们提供了大量的数据密度，但它们仍然缺乏易失性同类产品的写入耐久性和原始速度。

闪存

对于闪存，维基百科给出了闪存单元的最佳视觉解释（请注意，这是一个“NOR”门，虽然过程与 NAND 门类似，但存在差异）：

在此处输入图片说明

基本上，这张图片中的“浮栅”是存储数据位的地方，它是电路中的一个电气隔离区域。您通过栅极的触点（从源极到漏极和顶部“控制栅极”）传递非常高的瞬时电流，因此高电流电子将“注入”到浮栅中，从而在那里存储一点.

因为浮栅没有直接的电连接，注入的电子只能坐在那里，被困在栅极上。

浮动栅极的状态可以很容易地确定，因为它会影响跨源极和漏极的电路的电气特性。当您尝试重置该位时，问题就出现了，它需要强大的电流才能再次从浮栅中“吸取”电子，这会导致绝缘损坏，从而限制了单元的写入和擦除次数。

对高擦除电流的要求意味着擦除存储单元是一个缓慢的过程，因此它比 DRAM 慢得多，DRAM 可以快速更改并且在电流或电压方面没有任何过高的成本。

FRAM 是一种非易失性存储器，它使用电流来改变铁质材料各部分的磁性排列，然后需要大量的电子设备来读回该数据，但与闪存相比，更改数据要容易得多。因此，它比闪存快得多，但数据密度要低得多，而且对大容量存储设备的用处不大。

还有其他以非易失性方式存储和读取数据的方法，例如“相变存储器”（PRAM），它使用电流来修改晶体材料的结构，其电特性根据状态而变化它在里面，因此是电子“可读”的。

正如我提到的，所有这些存储器的主要缺点是它们往往速度较慢、数据密度较低，或者有其他要求或问题阻止它们进入主流使用。

如果您想更多地研究该主题并且有多个指向各种类型的非易失性存储器的链接，那么这篇Wikipedia 文章是一个良好的开端。

Answer 2

被激发的电子被推过并被困在薄氧化层的另一侧，使其带负电荷。

通过施加电场、更高电压的电荷，闪存芯片单元中的电子可以恢复正常（“1”）。

我觉得这个解释有点不令人满意，但这是一个开始。

这是我刚刚想到的一个类比，它可能值得也可能不值得。想象一下，一个玻璃盒子被一个可伸缩的水平百叶窗分成上下两半。想象一下它的底部有一个乒乓球，底座上安装了一个强大的风扇。如果你打开风扇（给闪存供电），乒乓球仍然被困在底部，除非你手动收回屏障（氧化层），在这种情况下，风扇将其推到顶部。如果您在风扇打开时关闭挡板，即使您关闭风扇，乒乓球仍会卡在顶部。 (2认同)