目前NAND已经从SLC发展到PLC,但是PLC离大规模上市还有一段距离,我们暂时先略过。市面上主要流通的就是4种NAND类型:SLC、MLC、TLC、QLC。随着每个寿命从高到低依次是SLC>MLC>TLC>QLC.
随着单个cell含有的bit数越多,NAND的可靠性也会有所降低。同时写延迟也在不断地增加。SLC写延迟在0.5ms级别,到QLC写延迟达到10-20ms,40倍的差距。这也导致QLC SSD性能出现很大的下降。
介绍完NAND cell的状态,再来show一下NAND的基本操作(以最简单的SLC为例)。
读(Read):
如上图所示,这是对单一cell进行read的基本操作。在控制栅极(CG, 也是WL)加上0V的电压,源极(Source)端加上0V以及漏极(Drain, 也是BL)加上1V,然后通过源极与漏极之间电流Icell的大小来判断cell的状态(0或者1)。
A点的状态代表存在Icell,所以Cell处于“开态”(ON),称为Erased;
B点的状态代表不存在Icell或者Icell很小且可忽略,所以Cell处于“关态”(OFF),称为Programmed。
如果对NAND cell阵列操作,原理图如下:
如果Cell C处于Erased, 对应BL的Sense电路会感应到有电流;
在需要read的target Page的WL上面加一个R1(一个较小的电压),其他WL的加VpassR, BL方向加1V,
如果Cell C处于Programmed, 对应BL的Sense电路不会感应到有电流。
写(Program):
在控制栅CG加上一个高压20V,基底接0V, 由于电场的存在以及隧穿效应,电子会被俘获在浮栅FG,也就完成了单个Cell的Program操作。Program之后cell的状态为“0”。
擦除(Erase):
在控制栅CG接0V,基底加上一个高压20V, 由于电场的存在以及隧穿效应,电子逃离浮栅FG,也就完成了单个Cell的Erase操作。Erase之后cell的状态为“1”。
需要注意的是,Read、Program都是以Page为最小基本操作单位,而Erase以Block为最小基本操作单位。
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