Cómo Funciona La Memoria Flash: Conceptos Básicos.

Al igual que todas las formas de memoria de semiconductores y otras tecnologías electrónicas, es útil entender cómo funciona la memoria Flash. De hecho, el funcionamiento de la tecnología de memoria Flash es muy similar al de la antigua tecnología EPROM, que ya no se utiliza, pero los conceptos son muy parecidos, aunque Flash funciona de una manera mucho más conveniente.

Cómo Funciona La Memoria Flash: Conceptos Básicos.

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    Conceptos básicos del funcionamiento de la memoria Flash

    La memoria Flash es capaz de proporcionar una memoria de alta densidad porque sólo requiere unos pocos componentes para formar cada célula de memoria. De hecho, la estructura de la celda de memoria es muy similar a la de la EPROM.

    Cada célula de memoria Flash está formada por el canal básico con los electrodos de origen y drenaje separados por el canal de aproximadamente 1 m de longitud. Por encima del canal de la célula de memoria Flash hay una puerta flotante que está separada del canal por una capa de óxido extremadamente fina que suele tener un grosor de sólo 100 Å. La calidad de esta capa es crucial para el funcionamiento fiable de la memoria.

    Por encima de la puerta flotante se encuentra la puerta de control. Ésta se utiliza para cargar la capacitancia de la puerta durante el ciclo de escritura.

    En el caso de las EPROM tradicionales, estos chips de memoria se borran mediante la aplicación de luz UV. Para ello, estos dispositivos de memoria tienen una ventana translúcida que puede exponerse a la luz ultravioleta. Sin embargo, este proceso dura más de veinte minutos. También requiere que el chip de memoria sea retirado de su circuito y colocado en un borrador especial donde la luz UV puede ser contenida.

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    La célula de memoria Flash funciona almacenando carga en la puerta flotante. La presencia de carga determinará entonces si el canal conducirá o no. Durante el ciclo de lectura, un "1" en la salida corresponde a que el canal está en su estado de baja resistencia o ON.

    La programación de la célula de memoria Flash es un poco más complicada, e implica un proceso conocido como inyección de electrones en caliente. Durante la programación, la puerta de control se conecta a una "tensión de programación".

    El drenaje verá entonces una tensión de alrededor de la mitad de este valor, mientras que la fuente está a tierra. La tensión en la puerta de control se acopla a la puerta flotante a través del dieléctrico, elevando la puerta flotante a la tensión de programación e invirtiendo el canal por debajo. Esto hace que los electrones del canal tengan una mayor velocidad de deriva y una mayor energía cinética.

    Las colisiones entre los electrones energéticos y la red cristalina disipan el calor que aumenta la temperatura del silicio. Con el voltaje de programación se comprueba que los electrones no pueden transferir su energía cinética a los átomos circundantes con la suficiente rapidez y se vuelven más "calientes" y se dispersan más lejos, muchos hacia la capa de óxido.

    Estos electrones superan los 3,1 eV (electronvoltios) necesarios para superar la barrera y se acumulan en la puerta flotante. Como no hay forma de escapar, permanecen allí hasta que se eliminan mediante un ciclo de borrado.

    El ciclo de borrado de la memoria Flash utiliza un proceso llamado túnel de Fowler-Nordheim. El proceso se inicia dirigiendo la tensión de programación a la fuente, conectando a tierra la puerta de control y dejando el drenaje flotando. En estas condiciones, los electrones son atraídos hacia la fuente y hacen un túnel fuera de la puerta flotante, atravesando la fina capa de óxido. Esto deja la puerta flotante sin carga.

    Por lo general, el proceso de borrado sólo dura unos pocos milisegundos. Una vez completado, cada célula de memoria Flash del bloque se comprueba para asegurarse de que se ha borrado completamente. Si no es así, se inicia un segundo ciclo de borrado.

    Programación de la memoria Flash

    En los primeros tiempos de las memorias flash, uno de los factores que limitaba su adopción era el tema de la programación de las memorias flash, ya que tenían un número limitado de ciclos de programación de borrado.

    Esto se debía a la ruptura destructiva de la fina capa de óxido de la puerta. Algunos de los primeros ejemplos de memorias flash sólo tenían unos cientos de ciclos. Ahora la tecnología de las memorias Flash ha mejorado mucho y los fabricantes citan cifras que significan que la vida útil de las memorias Flash ya no es una preocupación.

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    La mayor parte de esta mejora de la memoria Flash se ha producido gracias a la mejora de la calidad de la capa de óxido. Cuando las muestras de chips de memoria Flash tienen una vida útil inferior, suele deberse a que el proceso de fabricación no está optimizado para el crecimiento del óxido.

    Ahora la programación de la memoria Flash no es un problema y cuando se utiliza la memoria Flash los chips, dentro de lo razonable, no se tratan como artículos con una vida limitada.

    Acceso a la memoria Flash

    La memoria Flash es diferente a la mayoría de los otros tipos de memoria electrónica en el sentido de que, mientras que la lectura de datos puede realizarse en direcciones individuales en ciertos tipos de memoria Flash, las actividades de borrado y escritura sólo pueden realizarse en un bloque de una memoria Flash.

    Un tamaño de bloque típico será de 64, 128 o 256 kB. Para ello, el software de control de bajo nivel utilizado para manejar las memorias Flash debe tener en cuenta esta circunstancia para que las operaciones de lectura y escritura se realicen correctamente.

    La tecnología de memoria flash es capaz de proporcionar una forma de memoria de muy alta densidad, que hoy en día es muy fiable y puede utilizarse para el almacenamiento de datos para una gran variedad de propósitos: desde lápices de memoria flash, pasando por tarjetas de memoria para cámaras, hasta el equivalente de los discos duros en los ordenadores.

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