¿Cuál es el propósito de los duplicadores de voltaje en las memorias flash?

La memoria flash requiere múltiples voltajes altos para la programación y el borrado, en el orden de 5-15V. En un sistema digital de baja potencia que probablemente funcione con 3.3 V, es conveniente tener la bomba de carga y los reguladores incorporados en la memoria en lugar de hacer que el sistema externo proporcione 3-5 altos voltajes diferentes. Los suministros de alto voltaje no necesitan proporcionar mucha corriente, y están integrados en un IC, por lo que una bomba de carga es el convertidor más razonable de usar.

Si desea obtener más información sobre los procesos que requieren altos voltajes, busque la inyección de portadores en caliente y la tunelización de Fowler-Nordheim.

En memorias basadas en puertas flotantes

La programación en memorias de compuerta flotante puede ocurrir de dos maneras:

• inyección de electrones calientes (si las células están dispuestas con la topología NOR)
• Túnel de electrones de Fowler-Nordheim hacia la puerta flotante (si las células están dispuestas con la topología NAND).

El borrado, en cambio, se produce solo mediante la tunelización de Fowler-Nordheim (de electrones de la puerta flotante al sustrato).

Inyección de portadores calientes:

Este primer proceso requiere voltajes "medios" en el drenaje y la compuerta, y corrientes relativamente altas (varios cientos \ $ \ mu A \ $ por celda). Estos voltajes son aún más altos que el suministro típico de 1.8-3.3 \ $ V_ {DD} \ $. Los electrones son acelerados por el voltaje de drenaje a la fuente, para superar la altura de la barrera de silicio a dióxido de silicio (alrededor de 3.1 eV). El voltaje positivo de la puerta al canal atrae a los electrones hacia la puerta flotante.

Túnel de Fowler-Nordheim:

Este segundo proceso requiere un voltaje de puerta a sustrato positivo o negativo muy alto (para programa o borrado, respectivamente) (típicamente 15 V, pero esto depende de la tecnología), pero la corriente es muy pequeña. En lugar de inyectar electrones de "alta energía" (calientes), simplemente cruzan la barrera de energía (representada por el dióxido de silicio). Este efecto mecánico cuántico tiene una probabilidad muy pequeña en campos bajos, por lo que el tiempo de retención suele ser de 10 o más años. Se ha mejorado en campos muy altos y permite programar las celdas en unos pocos cientos de microsegundos (hasta algunos ms).

En memorias de almacenamiento discreto

Algunas memorias FLASH modernas ya no usan compuerta flotante, sino una capa dieléctrica enriquecida con trampas o una capa de nanocristales discretos.

Los electrones ya no se almacenan en un medio monolítico conductor, sino en varios puntos aislados eléctricamente (trampas o nanocristales).

Esto tiene la ventaja de que un solo defecto crítico descargará solo los medios de almacenamiento cercanos al defecto, preservando la información almacenada (que depende del voltaje de umbral, que, a su vez, depende de la carga almacenada "promedio"). Un solo defecto crítico, en cambio, podría descargar toda la puerta flotante.

El enfoque de almacenamiento discreto, por lo tanto, permite reducir el espesor del óxido (requerido para el escalado de la celda de memoria). El dieléctrico enriquecido con la trampa también trae ventajas adicionales, tales como:

• la capacidad de crear estructuras 3D (Samsung usa esto en NAND FLASH).
• Al ser dieléctrico, no es necesario ningún patrón: a diferencia de la puerta flotante, se puede depositar en toda el área. Simplemente no tendrá ningún efecto fuera de la región activa de MOSFET.

El programa / borrado fijo se produce de la misma forma que las celdas de compuerta flotante.