Ich suche immer noch nach einer Erkl=E4rung wie Flashspeicher = funktioniert. Mit googlen finde ich immer nur Erkl=E4rungen zur Ansteuerung. Ich = m=F6chte aber wissen, wie denn nun ein einzelnes Bit dauerhaft ohne bestehende Stromzufuhr gespeichert wird. Welche Chemikalien wirken da wie und etc.?
Hat da jemand Infos zu? Selbst im dicken W=E4lzer von Infineon, der uns zu studiumbeginn (Werbegeschenk?) ausgeh=E4ndigt wurde, wird =FCber die=20 genaue Funktionsweise von Flashspeichern nicht eingegangen.
] ------------------. | Ein EEPROM besteht aus einer Feldeffekt-Transistorenmatrix | | mit isoliertem Floating Gate, in welcher jeder Transistor | | ein Bit repräsentiert. Beim Programmiervorgang wird auf dem | | Gate eine Ladung gespeichert (der Transistor sperrt). Beim | | Löschen wird diese Ladung wieder entfernt. | '---------------------------------------------------------------'
Es wird einfach ein Gate eines Doppelgate-Mosfet isoliert. Die Gates liegen *über*einander, isoliert wird das mittlere (warum: siehe unten). Die Isolation ist so gut, dass sie jahrelang die auf dem Gate gespeicherte Ladung hält.
Die Ladung selber kommt auf das Gate oder wird von diesem abgesaugt, in dem man vom Tunneleffekt Gebrauch macht: Dabei können Elektronen eine Barriere genau dann überwinden, wenn sie eine bestimmte Energie haben, d.h hier:
Eine bestimmte (eben die richtige) Beschleunigungsspannung zwischen dem oberen Gate und dem Kanal anliegt.
Das Feld zwischen dem oberen Gate und dem Kanal bzw. dem Kanal-Anschluß verpasst den Elektronen infolge des definierten Abstandes eine definierte Energie. Damit können sie die Barriere überwinden.
Näheres findest Du unter dem Suchbegriff: Fowler-Nordheim-Tunnel.
Der Effekt ist quantenmechanischer Natur, es geht wie so oft um Wahrscheinlichkeiten, die bei definierten Energien stark ansteigen. Mit einem Potentialtopf und der Schrödingergleichung (in der ist bekanntlich das Potential mit berücksichtigt) läßt sich das IMHO sogar recht einfach rechnen.
Da der Kanal im allgemeinen auf Substratniveau liegt, gab es zuerst EPROM's, die mit UV-Licht wieder gelöscht wurden, das UV hat fotoelektrisch die Isolation aufgehoben. Dann kamen EEPROM's heraus, bei denen der Kanal in einer isolierten Wanne potentialmäßig satt angehoben werden kann, ergo geht auch elektrisches Löschen. Nur ist das angesichts der relativ hohen Spannungen für einzelne Speicherzellen sehr unpraktisch zu realisieren.
Deshalb gibt es Flash, beim dem ganze Blöcke von Speicherzellen auf der selben, zum Löschen nötigen Struktur aufgeschaltet sind.
Zu beachten ist noch, dass der eigentliche Programmier- Prozess relativ komplex sein kann und Löschen wie Programmieren nicht symmetrisch sein müssen, z.B. wird bei manchem Flash vor dem Löschen erst das Array komplett durchprogrammiert, damit anschließend kein Über-Löschen stattfindet, das sogar das Array dauerhaft beschädigen kann. Zumeist geschehen diese Dinge automatisch durch State Engines auf dem IC, manchmal (z.B. TI DSP) sieht man sie auch in der Programmierspezifikation.
Nun. "(..)wird auf dem Gate eine Ladung gespeichert (..)". Dann frage ich anders: Wie wird dort eine Ladung gespeichert? Wo ist die Ladung? Wie ist das Gate aufgebaut, dass dort eine Ladung _dauerhaft_ aufgenommen werden kann?
W=FCrde diese Aussage bei Wikipedia stimmen, so w=FCrde das ja bedeuten, dass ein Flashspeicher nach einiger Zeit die Daten verliehren w=FCrde. Tut er aber nicht. Eine Ladung kann auf _elektrischem_ Weg niemals dauerhaft gespeichert werden, da es keine unendlich hohen Widerst=E4nde gibt. Das gilt nichteinmal f=FCr die Ladung der Erde. Das geht _dauerhaft_ h=F6chstens=20 auf _chemischem_ Wege. Aber wie?
richtig. Wir haben in einer Vorlesung auch mal durchgerechnet, wieviele Ladungstraeger dort im gate 'gefangen' werden und wie langsam die dann wieder verschwinden.
Wir unterhalten uns hier nicht um irgendwelche Kabelchen mit Dreck drauf und Platten in feuchter Luft, sondern um
*extreme reine und kleine* Strukturen auf/in einem Kristall, also auf atomarer Ebene.
Und da kann man Elektronen sehr wohl recht dauerhaft "einsperren", man geht von Haltezeiten >10...100 Jahre aus. Bis dahin ist das Gerät eh' aus anderen Gründen längst schrottreif. Es gibt einfach keinen Mechanismus, der die Ladung schnell abfließen läßt, ergo bleibt sie da. Der verwendete Isolator ist reinstes Siliziumdioxid.
Die Praxis zeigt, dass die Theorie recht hat ;-)
Beim ionischen Bonden ist das ähnlich: Zwei Wafer warm machen, Strom anlegen, dann abkühlen lassen. Die Ionen werden eingefroren, die Wafer kleben zusammen.
[Nun. "(..)wird auf dem Gate eine Ladung gespeichert (..)". Dann frage ich anders: Wie wird dort eine Ladung gespeichert? Wo ist die Ladung? Wie ist das Gate aufgebaut, dass dort eine Ladung _dauerhaft_ aufgenommen werden kann?]
[W=FCrde diese Aussage bei Wikipedia stimmen, so w=FCrde das ja bedeuten, dass ein Flashspeicher nach einiger Zeit die Daten verliehren w=FCrde.=20 Eine Ladung kann auf _elektrischem_ Weg niemals dauerhaft gespeichert werden, da es keine unendlich hohen Widerst=E4nde gibt. Das gilt nichteinmal f=FCr die Ladung der Erde. Das geht _dauerhaft_ h=F6chstens=20 auf _chemischem_ Wege. Aber wie?]
Das erkl=E4rt zumindest, warum auf einigen meiner Speicherkarten nach ein paar Wochen die ersten Datenfehler auftauchen.
Mein pers=F6nliches Fazit: Ich traue Daten auf Flash-speichern nicht mehr.=20
Das hei=DFt aber doch auch, dass beim Lesen die Ladung aufgefrischt = werden muss, weil ja beim Lesen etwas von der Ladung schwankt und Randladungen "wegschwappen" , da es sich ja angeblich um Feldeffekttransistoren = handelt.
Ich krieg die Kriese. Das hei=DFt doch theoretisch, dass man sich=20 einzelne Bits f=FCr eigene kleinere Schaltungen mit FETs nachbauen = k=F6nnen=20 m=FCsste?=20
Kennt da jemand eine konkrete Schaltung f=FCr, wie man ein einzelnes Bit als "Flaschspeicher" aufbauen m=FCsste"? W=FCrde ja schon reichen, wenn = so ein Bit f=FCr ein paar Tage halten w=FCrde (z.B. Status in einem Netzteil - = eingeschaltet oder nicht).
oehm, ich glaube, das verwechselst du jetzt mit DRAM. Gelesen wird keine Ladung, sondern ob die Zelle (der Transistor) leitet oder nicht. Ob das Teil durchlaesst oder nicht haengt von den Ladungen im Gate ab, und das ist eben ringsrum mit Siliziumdioxid isoliert.
Auch für Flash-Bausteine gilt Ruskin ohne Einschränkungen.
Kann mir mal irgendjemand ein Produkt nennen, dass nicht von den Geizheinis vermurkst wird und bei dem dann die miese Qualität allgemein als Standard vom Publikum hingenommen und alle Hersteller unberechtigterweise in einen Topf geworfen werden ?
Die m=F6gliche Dauer der Datenspeicherung h=E4ngt nicht davon ab, ob die Daten elektronisch, chemisch oder sonstwie gespeichert werden. Man kann verallgemeinernd , und unabh=E4ngig vom Speichermechanismus, eine Aktivierungsenergie f=FCr den Erhalt der Daten bestimmen.
Mit Hilfe der Arrheniusgleichung und einem Vorfaktor kann man daraus dann Zeitkonstanten f=FCr die Datenspeicherung in Abh=E4ngigkeit der Lagertemperatur berechnen. Als Richtwert f=FCr nichtfl=FCchtige Speicher wurden mir einmal 30kT (~0.78eV bei 300K) genannt.
Bei der Speicherung von Daten im Flash hat man im Prinzip zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren:
b || x || a
--||---||--- || ||
Die Daten wurden durch unterschiedlich gro=DFe elektrische Ladungen an Knoten x gespeichert. Der Trick besteht darin dass die Kondensatoren nicht ideal isolierend sind, sondern einen stark nichtlinearen Widerstand darstellen. Bei niedriger Spannung (
Danke f=FCr Eure Antworten. Bin ja jetzt ein ganzes St=FCck kl=FCger :)
Vor allem ist mir jetzt auch klargeworden, dass meine Investition in einen 1GB Flashspeicher dumm war, weil die Speicher noch sehr viel schneller und gr=F6=DFer werden k=F6nnen. Dann wird es wohl nicht mehr lange dauern bis=20 die ersten IDE-Flash-Speicher auf den Markt kommen und dann irgendwann die Festplatten abl=F6sen. Was in Flashspeichern bisher fehlt sind ja nur Cachesysteme, die nicht auf Flash basieren, um die Transferraten schneller zu machen. Man muss daf=FCr ja nur DRAM und Flash sinnvoll im selben Chip kombinieren. Und deshalb wollte ich das ja=20 eigentlich nur so genau wissen: Um die zu erwartende=20 Weiterentwicklung etwas besser einsch=E4tzen zu k=F6nnen.
Aber jedes Elektron hat doch eine gewisse, wenn auch geringe Wahrscheinlichkeit, trotz der niedrigen Energie, durch das Gate durchzutunneln. Und wie schaut es mit Ionisierender Strahlung aus? Wie viel Ladung ist denn i.A. in einer Zelle gespeichert?
Wird nicht so bald passieren und wenn, dann wohl auf Basis einer anderen Technologie. Der größte Nachteil von Flash-Ram ist die Endlichkeit der Schreibzyklen, nach einigen 10.000 bis 100.000 Schreibzugriffen machen die ersten Speicherzellen die Grätsche. Daher werden heutzutage Flashspeicher immer "intelligent" verwaltet, so dass der gesamte Speicher gleichmäßig "verbraucht" wird.
Die Wahrscheinlichkeit ist dann aber gottseidank *sehr* gering, die Funktion ist stark nichtlinear, die Programmierspannung liegt immer noch relativ hoch und die Spannungsdifferenz beim Löschen noch höher (z.B. Gate auf -8V, Source auf +5V, deshalb sind häufige Löschzyklen nicht unkritisch).
Again: Die Praxis zeigt, dass es gut funktioniert ...
Ganz schlecht, weswegen Flash für Weltraumtechnik definitiv ungeeignet ist. Eine Gefahr ist zudem, dass pöse Teilchen die empfindliche Isolationsschicht namens Gateoxid perforieren, dann fließt die Ladung schnell ab und das Flash hält gerade noch mal ein paar Tage oder Wochen ...
Deshalb nutzen die noch klassische PROM's mit echten Fuses, also Sicherungen, die man on-chip durchschiesst, ähnlich wie früher bei den PAL's.
Die Beschaffung wird natürlich langsam zum sehr teuren Problem, Prozesse mit Wolfram-Fuses gibt es kaum mehr. Das Zauberwort heißt "Lager" ;-/
Hmm, das ist stark technologieabhängig, ein Anhaltspunkt dürften ca. 10^-14 bis 10^-15 Coulumb sein, bei einer Elementarladung von ca. 1,6*10^-19 C also schon gut
10000 Elektronen. Getestet wurden aber wohl auch Zellen mit nur 100 Elektronen ...
Zuhause jedoch wird es auch weiterhin brummende Festplatten geben, da deren Kapazität natürlich genauso steigt wie die der Flash-Speicher und nach dem eisernen Gesetz der PC-Anwender jeder noch so große Speicher spätestens 3 Monate nach dem Kauf aus allen Nähten platzt.
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