3D V-NAND: de hoogte in met flash-opslag

Flash programmeren

Nu de basisstructuur geschetst is, kunnen we uitleggen hoe een flash-cel wordt geprogrammeerd. Bekijk hiervoor figuur 3. Dit gebeurt door een relatief hoge spanning te zetten op de wordline (en dus op een rij control gates) – bijvoorbeeld 20 volt. Hierdoor wordt een elektrisch veld gecreëerd, waardoor elektronen kunnen ‘tunnelen’ (zeg maar overspringen) van de bitline, door het silicumoxide, naar de floating gate. Die wordt dus voorzien van een elektrische lading. Wanneer dat proces compleet is en de gate dus negatief geladen is, is de cel geprogrammeerd en wordt het voltage van de wordline weer naar 0 verlaagd.

Omdat de wordline een hele reeks cellen met elkaar verbindt, moet je voorkomen dat al die cellen geprogrammeerd worden met dezelfde data. Dat doe je door tegelijkertijd via de bitline een lagere spanning van 6V te zetten op de naburige cellen; alleen de cel die je wilt programmeren blijft op 0V. Doordat het spanningsverschil tussen 20 en 0 groter is dan tussen 20 en 6, springen de elektronen in het eerste geval wel, en in het tweede geval niet over.

Wissen van een cel gaat omgekeerd: de wordline en dus de control gates wordt op 0V gehouden, terwijl een hoge spanning van 20V op de bitline ervoor zorgt dat de elektronen in de omgekeerde richting bewegen, van de floating gate terug naar de bitline en dus het silicium substraat.

Om een cel uit te lezen wordt de wordline op 0V gehouden, terwijl verschillende voltages worden toegepast op de bitline. Zodra het juiste voltage wordt toegepast, zal de cel gaan geleiden. Een onderdeel met de naam sense amplifier leest op dat moment de lading uit en converteert die naar de corresponderende bitwaarde, in het simpelste geval 0 of 1, maar ook dat kan complexer liggen.

Figuur 3: Heel eenvoudig geschetst is dit hoe de cellen in NAND-geheugen gestructureerd zijn.