Non-Volatile memories Flashcards by Marvin Beckmann

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

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Welche Anwendungen gibt es?

Immer mehr Anwendungen
Höhere Kapazität als DRAM
SD-Karte, USB Stick, SSD

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Wie sieht die generelle Struktur aus?

Dekoder
Chip Select
Dout

keine Schreibfunktion

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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

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Was ist ein PROM?

Einmalig durch Nutzer programmierbar
Metall Bridges werden überladen und brennen durch (open)
Dioden werden Leitfähig durch Überspannung (short)

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Was ist ein EPROM?

Eraseable PROM
Programmierung durch hohe Spannungen
Fenster im Gehäuse für UV-Löschung

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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

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Was sind EEPROMs?

Electrically erasable PROM
Schneller und kleiner als EPROMs
-Bitwise
-Bankwise/Blockwise (flash)
Speicherzelle mit asymmetischen Drain/Source Area

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Was sind erste Anwenungen von EEPROMs

Senderauswahl beim Fernsehen
-kein Verlust beim Ausschalten

Kilometerstand im Auto

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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

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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

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Welche Transfermechanismen gibt es bei EPROMs?

Schnelle Elektronen (links)
Langsame Elektronen (rechts)

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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

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Wie können EPROMs verbessert werden?

Verringerung der Spannung
Raue Oberflächen (besserer Tunnel-Effekt)
Fowler-Nordheim Effekt bei dickerem Oxid (>100nm)

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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

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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?

Tragen Namen des Herstellers
Seriennummer eingebrannt
kleine Fehlerrate, schnell, lange Lebensdauer

keine Herkunftsinformation
kleine Fehlerrate, lange Lebensdauer

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?

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