EEPROM与Flash的区别

EEPROM与Flash的区别

  • EEPROM
    • EEPROM内部功能框图
    • 实现写入数据
      • 内部结构
      • 存储管在充电或放电状态下有着不同的阈值电压
  • 问题点
    • EEPROM是如何失效的呢?
    • 为何EEPROM不能做大呢?
  • -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  • Flash
    • Flash内部功能框图
    • 实现写入数据
      • 存储数据在擦除和编程状态下有着不同的阈值电压
  • 问题点
    • 为何Flash存储容量能做到那么大的呢?
  • -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  • Flash和EEPROM的异同总结

EEPROM

EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,电可擦除可编程只读存储器)是一种非易失性存储器,可以通过电子擦除和编程操作来存储和修改数据,数据可以单独地、位于任何位置地进行读取、修改和写入。在电源关闭后保留其存储的数据。EEPROM的缺点是读写速度慢,每次以单位字节进行擦除进行读写操作。因此,EEPROM常用于存储小量的重要数据,如配置信息和加密密钥。

实现EEPROM中存储单元的擦除和编程操作,需要以下这些电路如下图所示:

EEPROM内部功能框图

在这里插入图片描述

实现写入数据

EEPROM有一个自举电压(高压泵),可以抬升到特定电压将数据位擦除,所以最常规的操作是先擦再写
擦除操作:0→1 写操作:1→0

内部结构

浮栅隧道氧化物结构的EEPROM
它与普通MOS管的区别,就是增加了一个浮置栅极和一个超薄的隧道氧化层。我们就是利用F-N隧道效应的原理来实现数据擦写的
在这里插入图片描述

写入时给控制栅极加高于芯片工作的编程电压,原极和漏极接地,这时漏极的电子穿过隧道氧化层进入浮栅并保存,完成数据写入。
在这里插入图片描述

相反,控制栅极接地 漏极接编程电压,源极悬空。这时形成了反向电场,浮栅上的电子穿过隧道氧化层,完成数据擦除。
在这里插入图片描述

存储管在充电或放电状态下有着不同的阈值电压

写阈值和擦阈值

问题点

EEPROM是如何失效的呢?

在这里插入图片描述

是因为擦除和写入过程中 电子被注入或抽出浮栅,则写阈值和擦阈值的差值会越来越小,当小到一定值的时候,电路将无法识别存储管的状态。也就是说隧道氧化层经过多次操作,电子会永久停留在隧道氧化层,最终电子堆满在隧道氧化层,从而存储的信息将会失效。所以隧道氧化层的质量决定了存储的使用寿命

为何EEPROM不能做大呢?

为防止存储单元擦写时对其它的单元产生影响,每个存储管会配置一个选通管,用于选择相应的存储单元, 这种结构就降低了EEPROM的存储密度
在这里插入图片描述

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Flash

Flash是一种基于NOR门的存储技术,也是一种非易失性存储器。Flash内部电路采用了一种叫做Floating Gate的结构,这种结构可以存储电荷,电荷的存在与否决定了存储单元的状态(0或1)。擦除时,通过在闪存芯片的门控极上施加高电压,将该存储单元的电荷清零,即擦除了该存储单元存储的数据。这个过程被称为Flash擦除。Flash中的数据则以扇区为单位擦除和编程方法来修改,这意味着它的擦除和编程速度比EEPROM快得多。Flash常用于存储大量的程序和数据。

实现Flash中存储单元的擦除和编程操作,需要以下这些电路如下图所示:

Flash内部功能框图

在这里插入图片描述

实现写入数据

Flash也有一个自举电压(高压发生器),可以调节到特定电压将数据位变更。当需要将一个Flash单元的位值从“1”改为“0”时,需要通过向浮动栅注入电荷来实现;当需要将其从“0”改为“1”时,需要释放浮动栅内的电荷。下面解释内部结构如何实现“0”或“1”的跳变。

具体的存储原理就是当在栅极施加正向偏压时,沟道层中的电子在电场的作用下从第一个栅极隧穿进浮栅存储起来,第二个栅极阻挡了浮栅中的电子跑到栅极电极。
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此时,阈值电压增大,器件切换到高阈值电压状态,对应的逻辑为“0”。即使撤掉电压后隧穿层和阻挡层也可以保证浮栅中的电子不会丢失,这个过程完成了电荷的存储及信息的编程写入过程。
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那么怎么完成信息的擦除过程了,只需要施加负向的栅压使得浮栅中的电子,回到沟道中,阈值电压减小,回到低阈值状态,对应的逻辑为“1”。

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存储数据在擦除和编程状态下有着不同的阈值电压

在这里插入图片描述
向浮栅中注入和移除电子的过程对应的就是编程和擦除,存储单元在编程和擦除状态下对应的阙值电压差值即为存储窗口
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问题点

为何Flash存储容量能做到那么大的呢?

对比EEPROM结构Flash内部少了每个单元的选通管,此外,Flash类似于表格形式连结如下图。并且Flash存储器使用了普通的晶体管。使得Flash存储器可以更轻松地集成到芯片中,从而实现更大的存储容量。
在这里插入图片描述

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Flash和EEPROM的异同总结

(1)两者都是属于ROM,并且都是电学原理进行存储
(2)FLASH比EEPROM的电路简单,同样面积flash可以存储更多数据,数据密度更高;
(3)FLASH 只能一大片一大片的擦,而EEPROM 可以按“位”擦写;
(4)FLASH是按块或(扇区)进行访问,EEPROM按字节进行访问;
(5)EEPROM的可擦写次数比FLASH多;
(6)EEPROM的单位容量价格比FLASH更高,EEPROM一般容量都很小;
(7)EEPROM一般都是用作存储程序运行时要掉电不丢失的数据,FLASH一般是用来存储程序的;

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