Transistor a gate flottante
Un transistor a gate flottante è un transistor speciale utilizzato nelle memorie non volatili per l'archiviazione permanente delle informazioni. È stato sviluppato nel 1967 da Dawon Kahng e Simon Min Sze presso i Bell Laboratories ed è stato l' elemento di archiviazione elementare nei circuiti integrati nelle memorie flash , PROM a gate flottante , EPROM ed EEPROM fino all'inizio degli anni 2000 .
I transistor a gate flottante nelle memorie flash, in particolare i flash NAND , vengono sempre più sostituiti dai flash trap di carica (CTF). Evitando gli effetti di interferenza, che sono principalmente causati da transistor a gate flottante in stretta vicinanza, è possibile implementare dimensioni della struttura più piccole e densità di archiviazione più elevate per area del chip nei CTF rispetto ai gate flottanti.
Generale
I transistor a gate flottante, denominati anche FGMOS in breve , appartengono al gruppo dei transistor ad effetto di campo con gate isolato (IGFET) e sono solitamente realizzati in materiale semiconduttore silicio . Oltre a uno o occasionalmente più elettrodi di controllo (in Figura V ), contiene un "gate flottante" (dt. "Elettrodo di controllo scollegato") che è elettricamente isolato. Una certa quantità di carica elettrica può essere immagazzinata in modo permanente su questo gate flottante , il che porta a uno spostamento della tensione di soglia ( V th ) del transistor. Come con gli IGFET convenzionali, le connessioni di sorgente ( S ) e di drenaggio ( D ) vengono utilizzate per leggere le informazioni , mentre le connessioni di controllo sono necessarie anche per la scrittura. La connessione bulk (B) è solitamente collegata al potenziale di terra .
L'introduzione o la rimozione della carica elettrica ( elettroni ) nel contesto del processo di scrittura sull'elettrico generato da z. Il gate flottante isolato dal biossido di silicio, ad esempio, avviene per effetto tunnel meccanico quantistico o per iniezione di portatori di carica calda (inglese. Hot-carrier injection ) dalla connessione di source o drain, con l'ausilio di una connessione di controllo ( control gate inglese ). Per il processo di programmazione è necessaria una tensione elettrica significativamente più alta rispetto alla modalità di lettura normale (ad esempio 10 V contro 3,3 V).
Se non c'è carica sul floating gate, il percorso drain-source non viene influenzato e il transistor si comporta come un normale MOSFET dello stesso tipo. Per un tipico FGFET del tipo MOSFET a canale n di potenziamento , ciò significa che il transistor non è conduttivo a una tensione di gate di 0 V e conduttivo quando viene superata la tensione di soglia. Tuttavia, una carica applicata alla porta flottante sposta la tensione di soglia del transistor. L'introduzione di elettroni (cariche negative) sul gate flottante di questi transistor aumenta la tensione di soglia. Se il transistor è ora controllato normalmente durante la lettura, il percorso drain-source del transistor rimane in uno stato ad alta resistenza, cioè il transistor non è conduttivo, si blocca.
Con questi due stati, l'informazione di un bit può essere memorizzata in modo permanente nel caso più semplice . A seconda della tecnologia di memoria, il transistor comprende una (con la cella di memoria SLC ) o più porte flottanti (con la cella di memoria MLC ). Nel caso delle celle di memoria MLC, più di un bit di informazione può essere memorizzato in un transistor graduando la quantità di carica, che aumenta la densità di memoria. I valori comuni sono due bit per transistor floating gate con quattro diversi livelli di carica.
| processi | Tensione di gate | Tensione sorgente | Carica FG | Soglia di voltaggio | transistor | Tensione di scarico | livello logico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Leggere | > V th (es .: 3,3 V) |
GND | scarica | normale | dirige | > GND | 0 |
| Leggere | > V th (es .: 3,3 V) |
GND | caricato negativamente | elevato | serrature | > GND | 1 |
| Scrivi | > 10 V | GND | Caricamento in corso | aumenta | > 10 V | il 1 | |
| Chiaro | GND | GND | scarico | cascate | > 10 V | a 0 | |
| riposando | galleggiante | non importa | invariato | invariato | serrature | non importa | invariato |
Applicazioni
L'area principale di applicazione di questi transistor è nell'area della memoria digitale non volatile come dispositivi di archiviazione di massa USB o schede di memoria SD . Con una capacità di archiviazione di 4 GB, sono necessari quasi 35 miliardi di transistor floating gate. A densità di memoria elevate, le celle del transistor a gate flottante sono sostituite da celle flash a trappola di carica.
Nel 1989, nell'ambito di un progetto di ricerca , la società Intel ha sviluppato una cella di memoria non volatile ( ETANN ) basata su FGMOS per l'archiviazione di valori analogici nel contesto di reti neurali artificiali .
Prove individuali
- ↑ D. Kahng, SM Sze: un floating gate e la sua applicazione ai dispositivi di memoria. In: The Bell System Technical Journal. 46, n. 4, 1967, pagg. 1288-1295.
- ↑ Betty Prince: Evolution of Flash Memories: Nitride Storage and Silicon Nanocrystal , 2006, CMOSET Conference Proceedings
- ↑ A. Kolodny, ST K, Nieh, B. Eitan, J. Shappir: analisi e modellazione di celle EEPROM a gate flottante . In: Transazioni IEEE su dispositivi elettronici . nastro 33 , n. 6 , 1986, pagg. 835-844 , doi : 10.1109 / T-ED.1986.22576 .
- ↑ M. Holler, S. Tam, H. Castro, R. Benson: Una rete neurale artificiale addestrabile elettricamente con 10240 sinapsi "floating gate". In: Atti della Conferenza internazionale congiunta sulle reti neurali, Washington, DC Volume II, 1989, pp. 191-196.
