قسمت دوم (قبلی) از سری مقاله نک‌نکته با عنوان فلش مموری، مباحثی را در ادامه بخش اول آن مطرح نمودیم. در این بخش قصد داریم تا کمی علمی‌تر به حافظه فلش نگاه کرده و آن را بررسی نمایید؛ پس همراه با ما باشید…

ابتدا بهتر است بدانیم که ترانزیستورها از سیلیکون که نوعی عنصر شیمیایی می‌باشد که در شن پیدا می‌شود ساخته شده‌اند. سیلیکون در حالت عادی رسانای خوبی برای الکتریسیته نمی‌باشد یا به زبان دیگر الکترون‌ها در حالت خالص این عنصر به سختی در آن جریان پیدا می‌کنند. به همین دلیل است که به سیلیکون یک عنصر نیمه رسانا می‌گویند. حال اگر عنصر سیلیکون را با یک سری ناخالصی ممزوج نماییم ( به این عمل ناخالص سازی یا Dopping می‌گویند) می‌توانیم از سیلیکون جدید ناخالص حاصله خاصیت‌های جدید را به دست آوریم.

مثلا اگر سیلیکون را با عناصر دیگر شیمیایی مثل آرسنیک، فسفر یا آنتیموان ناخالص کنیم، سیلیکون ناخالص جدید قادر به به دست آوردن مقادیر بیشتری الکترون خواهد شد. بنابراین جریان الکتریکی در سیلیکون‌هایی که با مواد بالا ناخالص شده‌اند به صورت نرمال‌تری خواهد بود. به دلیل بار منفی الکترون‌ها سیلیکون‌هایی که به این صورت ناخالص شده باشند به نام سیلیکون بار منفی یا N-Type شناخته می‌شوند.

ما همچنین می‌توانیم سیلیکون را با عناصر دیگری مانند بور، گالیوم یا آلومینیوم ناخالص نماییم. سیلیکون‌های ناخالصی که با ممزوج شدن با این عناصر به دست می‌آیند مقادیری الکترون از دست می‌دهند و به عبارتی دارای بار مثبت می‌گردند که به آنها سیلیکون بار مثبت یا P-Type گفته می‌شود.

یک ترانزیستور کار گذاشته شده در فلش مموری مانند MOSFEDها (Metalic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) می‌باشد. نیمه هادی‌هایی که ویژگی امپدانس ورودی بسیار بالا و سرعت سوییچینگ پایین دارند با این تفاوت که دارای دو Gate در بالا می‌باشند.

اگر به تصویر پایین نگاهی بیاندازیم می‌توانیم حدودا تصویری از آنچه که در درون یک فلش مموری می گذرد داشته باشیم. شما می‌توانید بسته ترکیبی سیلیکون‌های نوع مثبت و منفی را با آرایش لایه‌ای N-P-N در بالای هر دو Gate ترانزیستور مشاهده نمایید. Gate بالایی را Gate کنترل کننده و Gate پایینی را Gate شناوری یا Floating Gate می‌نامند.

Flash05

این دو Gate توسط یک لایه اکسید که جریان نمی‌تواند از میان آن به صورت معمولی گذر نماید از هم جدا شده‌اند، در این حالت ترانزیستور در حالت (Off) قرار دارد و فقط عدد صفر را ذخیره می‌نماید. ترمینال‌های ورودی و خروجی به علت اینکه هر دو از نوع سیلیکون ناخالص شده (N-Type) هستند، هر دو غنی از الکترون می‌باشند، اما در این حالت به دلیل وجود یک نوع سیلیکون ناخالص شده (P-Type) الکترون‌ها نمی‌توانند بین دو مدخل ورودی و خروجی یا Source و Drain جریان پیدا کنند.

حالا اگر بین اتصال Wordline که همان الگوی ردیفی حافظه محسوب می‌شود و اتصال Bitline که الگوی ستونی حافظه می‌باشد ولتاژی با بار مثبت جریان یابد الکترون‌ها به سرعت از مدخل ورودی Source به سوی مدخل خروجی Drain کشیده می‌شوند و در همین حال مقداری از این الکترون‌های جریان یافته طوری سازمان‌دهی می‌شوند که در لایه اکسید بین دو Gate اولیه و ثانویه به دام افتاده و همچنان در حال جنبش و در جا زدن بمانند (که این پدیده را ایجاد تونل می‌نامند).

Flash06

این الکترون‌های به تله افتاده در Floating Gate ذخیره می‌گردند. وقتی الکترون‌ها به این ترتیب در گیت شناوری ذخیره می‌گردند در حقیقت عدد 1 ذخیره شده. این ذخیره‌ها می‌توانند تا بی‌نهایت زمان در همان‌جا بمانند، حتی اگر جریان الکتریکی قطع گردد. ترتیب حضور الکترون‌ها در یک Gate شناوری به چگونگی الگوی ردیف‌ها و ستون‌ها یا همان اتصالات Wordline و Bitline در یک ترانزیستور فلش مموری بستگی دارد. اگر به جای ولتاژ مثبت یک ولتاژ منفی به اتصالات Wordline و Bitline متصل نماییم این ولتاژ منفی الکترون‌ها را به جای اولیه خود دفع کرده و حافظه پاک می‌گردد.