6.16 SRAM, DRAM, 비휘발성 (플래쉬) 메모리 소자들4

6.16.3 비휘발성 (플래시) 메모리 

 > SRAM과 DRAM과 다르게 NVM(Non Volatile Memory)는 전원이 연결되지 않아도 Data를 유지한다.

 

 > 크기가 작고, 전력 소모가 작고 그리고 움지기이는 부분이 없기 때문에 기존 저장 장치 하드디스크와 CD를 대체하고 있다. 

 

그림 6.29 (a) A charge-storage NVM cell has a charge-storage layer in the gate dielectric stack; (b) Vt is modified by trapping electrons; (c) electron injection by tunneling; (d) electron removal by tunneling; and (e) electron injection by hot-electron injection.

 

 > 가장 많이 사용되고 있는 소자는 Floating Gate Memoery이다. 이는  MOSFET에 구조를 변경하면 얻을 수 있다. 

 

 > MOSFET Gate와 절연막 사이에 절연막을 추가하면 된다.

 

 > 높은 전압을 Gate와 절연막 사이에 가해주면 전자들이 절연막으로 Tunneling 되고 Trap 된다. 

 

 > Trap 된 전자들에 의해 Vt가 올라가게 된다. 

 

 > 낮은 Vt와 높은 Vt 상태는 각각 0과 1을 상태로 읽힐 수 있다. 

 

 > 반대로 전압을 가해주면 Trap 된 전자들이 빠져나와 Erase 할 수 있다.

 

 > SRAM, DRAM에 비해 Erase 속도는 느려서 Block 단위로 Erase 하게 되는데 이를 Flash Erase라고 한다. 

 

 > 또 다른 방식은 Drain과 Gate에 높은 전압을 걸어주면 Pinch off 영역에서 높은 전기장이 발생한다. 

 

 > Carrier들이 Hot Carrier가 되면서 절연막에 Tunneling 되면서 Trap 된다.

 

 > 이는 HCI(Hot Carrier Injection)이라고 한다. 

 

 > Flash Memory 들은 Program/Erase/Read Cycle을 거치면서 절연막에 누설 경로가 발생해서 Leakage가 발생할 수 있다.

 

 > Leakage에 의해서 Data 손실을 발생시킬 수 있다. 

 

 > Floating Gate가 많은 양의 전자들이 Trap 될 수 있는 유전막으로 교체되면 일부만 방전될 수 있어 내구성 향상될 수 있다.

 

 > 이러한 것들을 Charge Trap NVM 및 Nano Crystal NVM이라고 한다.

 

 > Flash 소자는 일반적으로 수십 개의 소자를 직렬 String 형태로 이어서 만들게 된다. 

 

 >  이는 집적화가 쉬워지고 Gate 사이 공간들을 Ion Implantation을 통해 N+ 영역으로 도핑하여 금속 접촉면을 생략하고 Drain/Source 만들 수 있다. 

 

 > 이런 형태는 NAND 논리 게이트와 유사하여 NAND Flash라고 한다. 

 

그림 6.30 (a) Concept of a resistance-change memory such as a PCM. (b) Program the PCM into high-resistance state by rapid solidification, producing a highly resistive amorphous phase. (c) Program the PCM into low-resistance state by annealing, turning the amorphous material into a conductive crystalline phase.

 

 > 저항을 이용한 소자도 있으며 이는 Resistance Charge NVM이라고 한다. 

 

 > 저항은 금속 산화물이나 무기질/유기질로 만들어지고 전기장이나 전류에 의해 Program 되며 면적을 절약하기 위해 Transistor 위에 만들어진다. 

 

 > 열 Pulse에 의해 Program이 되고 녹는점 이상으로 가열하면 저항의 상이 바뀌고 높은 저항을 갖는다. 

 

 > 다른 전류 Pulse를 사용하여 저항이 낮은 상을 만들 수 있다. 

 

 > 저항이 높고 낮음에 따라 0, 1로 표현하고 이 메모리를 Pahse Change Memery라고 한다. 

 

 > PCM은 SRAM 속도로 Program 및 Erase가 가능하다.