フラッシュメモリとは, 動作原理



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公開日:2023/11/3        

関連知識
ROM, RAM, レジスタ, キャッシュ


■フラッシュメモリとは

フラッシュメモリとは、不揮発性の記憶媒体の一種で電源が無くてもデータを保持することができます。USBメモリやSSDもフラッシュメモリの一種となります。

■フラッシュメモリの原理

フラッシュメモリは以下の様な構造をしており、MOSFETトランジスタの様なP型半導体の上に、酸化膜、浮遊ゲート、絶縁膜、制御ゲートを設けています。 制御ゲートに電圧を加え浮遊ゲートに電荷をためることで、データ保持が可能となります。



<データの書き込み>
浮遊ゲートに電荷がたまっている状態を"0"とし、電荷がたまっていない状態を"1"と定義しています。 浮遊ゲートに電荷をためるには、制御ゲートとドレインに電圧をかけることでソースから電荷が浮遊ゲートに移動させます。逆に浮遊ゲートから電荷を放出させるにはソース側に電圧をかけることで浮遊ゲートからソースに電荷を移動させます。



<データの読み出し>
データを読み出すためには、浮遊ゲートに電荷がたまっているかどうかを判別する必要があります。 ドレインとゲートに電圧をかけた際に、電荷が浮遊ゲートにたまっている場合はドレイン-ソース間の電流が流れにくく、電荷が浮遊ゲートにたまっていない場合はドレイン-ソース間の電流が流れやすいので、その電流値の大きさで判別します。 データを読み出す場合、もし浮遊ゲートに電荷がたまっていなければ、ゲートに電圧をかける事によって浮遊ゲートに電荷がたまってしまうと思うかもしれませんが、 0を書き込むときとデータを読み出すときの電圧値が異なる(データを読み出すときの電圧値は小さい)ので、電荷がたまることはありません。


■NAND型とNOR型フラッシュメモリの違い

フラッシュメモリにはNAND型とNOR型があり、以下の様に回路(セル)を直列に繋いだものをNAND型、並列に繋いだものをNOR型といいます。 NAND型はビット線に対するセルの接続数が少ないため、回路スペースを節約でき高集積化が可能となります (コスト低減にもつながる)が、データを順番に読みださなければならない為、アクセススピードが遅いです。 NOR型回路はそれぞれのセルがビット線に繋がっているため高集積が難しいですが、ランダムアクセスが可能となり、NAND型に比べてアクセススピードが速いです











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