Non-Volatile memories Flashcards
Welche Arten von nicht-flüchtigen Speicher gibt es?
ROM: programmed in production PROM: programmed only once by user EPROM: reprogrammable, Löschen durch UV EEPROM: reprogrammable FLASH-EEPROM: jede Zelle indiviudell beschreibar, Löschen nur feldweise
Welche Anwendungen gibt es?
Immer mehr Anwendungen
Höhere Kapazität als DRAM
SD-Karte, USB Stick, SSD
Wie sieht die generelle Struktur aus?
Dekoder
Chip Select
Dout
keine Schreibfunktion
Was sind ROMs?
Anwendung: Tastatur Speicher während Produktion beschrieben Danach nicht mehr änderbar Implementierung: -Unterschiedlich dicke Schicht Oxid. Blockt Einfluss auf Gates -Ändern der Threshold Spannung des Transistors durch implantieren -Kontaktlöchr im Material -Brücken Günstig für große Anzahl an Geräten
Was ist ein PROM?
Einmalig durch Nutzer programmierbar
Metall Bridges werden überladen und brennen durch (open)
Dioden werden Leitfähig durch Überspannung (short)
Was ist ein EPROM?
Eraseable PROM
Programmierung durch hohe Spannungen
Fenster im Gehäuse für UV-Löschung
Wie funktioniert das Schreiben/Löschen bei einem EPROM?
Schreiben mit 20V Löschen in 15-20 Minuten UV-durchlässiges Fenster Anwendungen: ROM-Prototypen, ROM in kleiner Stückzahl, Labore Technik: früher NMOS, heute CMOS
Nicht mehr in Gebrauch, da zu teuer und zu langsam
Was sind EEPROMs?
Electrically erasable PROM Schneller und kleiner als EPROMs -Bitwise -Bankwise/Blockwise (flash) Speicherzelle mit asymmetischen Drain/Source Area
Was sind erste Anwenungen von EEPROMs
Senderauswahl beim Fernsehen
-kein Verlust beim Ausschalten
Kilometerstand im Auto
Wie funktionieren CMOS EPROMs
Realisierung:
Ladung im Gate-Oxid beeinflusst Leitfähigkeit des Kanals bzw. Schwellspannung des Transistors
Im Oxid eingelagerte schnelle Elektronen verbleiben dort
Üblicherweise ein unerwünschter Effekt, da Widerstand zunimmt
Wie wird die Ladung in einem EEPROM gespeichert?
Speicherung in einem nicht angeschlossenem Gate (Floating Gate)
-Verschiebung der Schwellspannung
-Transfer durch hohe pos. Spannung am Gate (hot electrons)
Charge Trapping in einer Nitridschicht
Welche Transfermechanismen gibt es bei EPROMs?
Schnelle Elektronen (links) Langsame Elektronen (rechts)
Welche verschiedenen Zellen gibt es bei EPROM?
a) schnelle Elektronen /Fowler-Nordheim Effekt
b) geteilter Transistor, löschen durch spezielles Lösch-Gate
c) geteilter Transistor, löschen zum Source-Anschluss hin
d) geteilter Transistor, programmieren und löschen mit Fowler-Nordheim Effekt
Wie können EPROMs verbessert werden?
Verringerung der Spannung
Raue Oberflächen (besserer Tunnel-Effekt)
Fowler-Nordheim Effekt bei dickerem Oxid (>100nm)
Was sind NROMs?
Speichergate aus Nitrid (nicht leitend an sich)
mehrere Ladungen unabhängig speicherbar
Programmieren durch hohe Spannung
Löschen durch Injektion von Löchern in Nitrid
Lesen durch umkehrte Spannung als beim Schreiben
Was sind Multilevel Zellen?
Aufbau wie einfache EEPROM Zelle
je nach gespeichertem Zustand unterschiedliche Ladung
gesteuert durch unterschiedliche Gate Spannung beim Programmieren
Festellen des Zustand durch Messung des Drain-Stroms
Was sind Vorteile Der Mulitlevel Zelle?
Fast die doppelte Kapazität pro Fläche
Was sind Grenzen der Multilevel Zellen?
Leckströme werden größer
Bei 4 Bit 16 Zustände möglich -> 16 Ladungsmengen müssen unterscheidbar sein
empfindlicher i.B. auf Alterung
Langsamer, da aufwendige Detektion
Was haben Flash-Speicherzellen zuzüglich?
Gemeinsame Löschleitung für mehrere Zellen
Was sind NAND Zellen?
Konzept der 2-stufigen Zelle erweitert auf n Zellen
Führt zum horizontalen NAND-Flash Speicher mit hoher Dichte
Wie werden NAND Zellen implementiert?
Höhere Dichte als individuelle Zellen
Geringere Dichte als vertikale Version
Übergang zu Zellen mit Nitrid statt Floating Gate
Welche NAND Qualitätsstufen gibt es?
A:
- Tragen Namen des Herstellers
- Seriennummer eingebrannt
- kleine Fehlerrate, schnell, lange Lebensdauer
B:
- keine Herkunftsinformation
- kleine Fehlerrate, lange Lebensdauer
C:
- aus Wafers, die Qualität des Herstellers nicht entsprechen, bzw. Randbereiche (schlechter)
- 30-40% Fehlerrate
D: Grad C, aber als Markenprodukt gebrannt/verkauft
Was ist V-NAND?
Vertikale NANDs Vorteile: höhere Performance(50MB/s) höherer IO Speed höhere Dichte (mehr als 1Tb möglich)
Was sind NOR Zellen?
Einzeln adressiert
Geschrieben nur über Übergang “1”>”0”
Löschen durch setzen aller Bits auf “1”
Was sind Ferroelektrische Speicher
Ändern der Polarisation eines ferroelektrischen Films durch elektrisches Feld
Lesen duch Messung des Stroms. Verhält sich nach Wechsel der Polarisation so, dass geringerer Strom fließt
Materialien mit dielektrischen Eigenschaften
Dielektrika: Isolatoren, Dipolmoment
induzierte Dipolelemente durch äußeres elkek. Feld, nicht permanent
Destructive Reading Konkurrenz zu FlashROM Produktionsreif können DRAM ablösen Fast unbegrenzte Zahl der Schreib-/Lesezyklen
Welche FeRAM Zellen gibt es?
1T1C Zelle (analog zu DRAM)
2T2C:
- komplementäre Information
- doppelte Spannung
- hohe Zuverlässigkeit
Chained Cells:
- Zellen als Reihenschaltung
- Zugriff alle Wordline T. bis auf gewünschte Zelle werden durchgeschaltet
Wie sieht der Schlafmodus bei FeRAM aus?
Wie sieht der Schlafmodus bei FeRAM aus?
Was sind Anwendungsgebiete von FeRAM?
SmartCards(IC-Cards)
Handys
Boot-ROM
Wie können FeRAM verbessert werden?
Erhöhung der Packungsdichte
Verbesserung der Ausbeute durch höhere Reproduzierbarkeit der Dielektrika
Erhöhung der Reprogrammierbarkeit auf über 10^15 Lese-/Schreibzyklen
Verringerung der Versorgungsspannung
Was sind magnetische Festkörperspeicher?
Versch. Effekte zum Lesen der magn. Informationen
zerstörungsfreies Lesen
Ersatz von batteriegepufferten SRAMs
nutztz Magnetoresistenz
Was sind Vorteile von MagRAM/MRAM
Schnell, unbegrenzt Schreibar, wenig Energie für Lesen
Zykluszeiten ähnlich DRAM
ca. 1000x kürzer als bei EEPROMs
20x schneller als FeRAMs
Lesevorgang geringe Energie (1/100 von DRAM)
Was sind Vorteile von MagRAM/MRAM
Zykluszeiten ähnlich DRAM ca. 1000x kürzer als bei EEPROMs 20x schneller als FeRAMs Lesevorgang geringe Energie (1/100 von DRAM) unbegrenzte Zyklenzahl
Was sind Nachteile von MagRam/MRAM?
Hoher Schreibstrom, dadurch Induktion
Geringe Dicke der Tunnelschicht
empfindlich auf Änderung der Schichtdicke
CMOS-Prozesskompatibilität (Fehler bei 300°, CMOS aber deutlich höher)
hohe Kosten (x10)
Was sind Phasenwechselspeicher PCRAM?
Konventioneller CMOS-Prozess
darauf dünner Film
Schreiben: Wärme schaltet Material zwischen kristallinen (leitend) und amorph(isolierend) um
Lesen: Messung des Widerstands
zerstörungsfreies Lesen
Was ist IBM Racetrack Technologie?
Festplattentechnologie ohne bewegliche Teile
bewegt werden magnetische Domänen
Sequentieller Zugriff auf kleine Datensegmente
Direkter Zugriff auf jedes Segment
GMR-Technologie
Ziel: Speicherdichte von Festplatte, viel höher Gewsch. und Zuverlässigkeit
