什么是浮柵場(chǎng)效應管？干貨解析-KIA MOS管

浮柵場(chǎng)效應管解析

閃存（Flash）技術(shù)利用的場(chǎng)效應管就是浮柵場(chǎng)效應管。

FLASH技術(shù)是采用特殊的浮柵場(chǎng)效應管作為存儲單元。這種場(chǎng)效應管的結構與普通場(chǎng)管有很大區別。它具有兩個(gè)柵極，一個(gè)如普通場(chǎng)管柵極一樣，用導線(xiàn)引出，稱(chēng)為“選擇柵”；另一個(gè)則處于二氧化硅的包圍之中不與任何部分相連，這個(gè)不與任何部分相連的柵極稱(chēng)為“浮柵”。

通常情況下，浮柵不帶電荷，則場(chǎng)效應管處于不導通狀態(tài)，場(chǎng)效應管的漏極電平為高，則表示數據1。編程時(shí)，場(chǎng)效應管的漏極和選擇柵都加上較高的編程電壓，源極則接地。

這樣大量電子從源極流向漏極，形成相當大的電流，產(chǎn)生大量熱電子，并從襯底的二氧化硅層俘獲電子，由于電子的密度大，有的電子就到達了襯底與浮柵之間的二氧化硅層，這時(shí)由于選擇柵加有高電壓，在電場(chǎng)作用下，這些電子又通過(guò)二氧化硅層到達浮柵，并在浮柵上形成電子團。

浮柵上的電子團即使在掉電的情況下，仍然會(huì )存留在浮柵上，所以信息能夠長(cháng)期保存（通常來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)間可達10年）。由于浮柵為負，所以選擇柵為正，在存儲器電路中，源極接地，所以相當于場(chǎng)效應管導通，漏極電平為低，即數據0被寫(xiě)入。

擦除時(shí)，源極加上較高的編程電壓，選擇柵接地，漏極開(kāi)路。根據隧道效應和量子力學(xué)的原理，浮柵上的電子將穿過(guò)勢壘到達源極，浮柵上沒(méi)有電子后，就意味著(zhù)信息被擦除了。

由于熱電子的速度快，所以編程時(shí)間短，并且數據保存的效果好，但是耗電量比較大。

浮柵

Flash最基本的單元為浮柵場(chǎng)效應管。浮柵是一種特殊的MOS晶體管。

這種MOS晶體管有兩個(gè)多晶硅形成的柵極, 其中一個(gè)有電氣連接, 叫控制柵, 也就是一般意義上的柵極; 還有一個(gè)沒(méi)有外引線(xiàn), 它被完全包裹在一層二氧化硅介質(zhì)層里面, 是浮空的, 所以稱(chēng)之為浮柵。

工作原理

浮柵MOS晶體管的工作原理是利用浮柵上存儲的電荷量來(lái)改變MOS管的閾值電壓，從而改變MOS管的外部特性。

過(guò)程描述如下：當MOS管柵極加上較高的電壓（20V左右），源極接地，漏極浮空，然后會(huì )產(chǎn)生大量高能電子，由于電子密度大，有的電子到襯底和浮柵之間的二氧化硅層，由于選擇柵有高電壓，這些電子通過(guò)隧穿氧化層(Tunnel Oxide）到達浮柵。

當移除外部電壓，由于浮柵沒(méi)有放電回路，所以電子會(huì )留在浮柵上。當浮柵帶有電子，襯底表面感應的是正電荷，這樣使得MOS管導通電壓變高。

反之，當控制柵極接地，襯底加上較高電壓，源、漏極開(kāi)路，電子會(huì )從浮柵中“吸出”，MOS管導通電壓變低。

浮柵中電荷量，影響到MOS管的導通電壓，從而代表不同的存儲信息。比如說(shuō)一個(gè)杯子，沒(méi)有水的時(shí)候，代表“0”，當水超過(guò)一半，代表“1”。

不足

浮柵中存在泄漏的情況，使得電子在浮柵上的保持特性受到影響。主要有：直接隧穿效應、熱激發(fā)、浮柵上電子陷阱：在浮柵充電過(guò)程中，電子被電子陷阱捕獲，從而使得浮柵的電位降低，導致降低在Control Gate上加的電壓影響。

總結

所以降低隧穿氧化層缺陷、提高隧道氧化層和兩層多晶硅之間的氧化層質(zhì)量就成了關(guān)鍵的問(wèn)題。

對于我們使用者來(lái)說(shuō)，由于隧穿會(huì )損傷隧穿氧化層，所以磨損均衡就很重要了。另外把性能差的挑選出來(lái)，不去使用，也是重要的問(wèn)題。

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