반도체 ) Nand FLASH Memory - 1

Flash Memory란?

Flash는 흔히 "섬광" 혹은 번쩍이다 라는 뜻하는 영어 단어로 순간적인 찰나를 의미한다.

그리고 Memory는 "기억"을 뜻한다. Flash Memory라는 뜻을 이해하기 위해서는 Flash Memory의 동작 방식에 대해서 이해를 해야만 한다.

흔히 반도체에서 Memory라는 것은 저장 소자, 즉 정보를 저장할 수 있는 소자를 의미한다.

정확하게는 전기 신호로 이루어진 정보의 저장을 의미한다.

전기신호는 보통 없다를 의미하는 "0", 그리고 있다를 의미하는 "1"의 두가지 신호를 의미하며, bit라는 단위를 사용한다.

Flash Memory는 무수히 많은 bit의 열로 이루어진 정보를 단 한번의 동작으로, 그야말로 일순간에 쓰고 지울 수 있다고 해서 Flash Memory라고 한다.

전기신호를 반도체에서는 Data라고 하며, Flash Memory에서는 이 Data의 저장 및 삭제 그리고 읽기가 이루어진다.

Flash Memory의 기본적인 동작은 Data를 저장하는 Program 동작, data를 읽는 Read 동작, Data를 삭제하는 Erase동작으로 이루어져 있으며, 이 Program - Read - Erase 동작을 묶어서 1cyc동작이라고 한다.

Flash Memory의 Data 저장은 Cell이라고 하는 Floating Gate를 가지는 transistor에서 이루어 진다. Floating Gate는 전압을 인가할 수 있는 Control Gate와 전자를 다량 가지고 있는 Sub 사이에서 oxide(SiO2)라는 물질로 전기적으로 분리되어 있다.

Control Gate에 아주 높은 + 전압을 인가하여 Floating Gate에 전자를 집어넣는 것을 Program 동작이라고 하며, 반대로 Sub에 아주 높은 + 전압을 인가하여 Floating Gate의 전자를 빼는것을 Erase 동작 이라고 한다.

Program과 Erase 동작으로 인해 Floating Gate에 존재하는 전자의 수가 변함에 따라 Floating Gate의 전위가 달라지고 이에 따라 Cell Transistor의 상태가 달라지는데, 이 상태를 확인하기 위해 Cell Transistor를 동작시켜 특성을 확인하는 것을 Read하고 한다.

이렇게 전압으로 Floating Gate에 전자를 주입하거나 빼는 동작을 반복하다 보면 Floating Gate와 Control Gate, 그리고 Floating Gate와 Sub사이에 있는 oxide(SiO2)가 약해지고 결국엔 Dielectric breakdown이 발생하면서 더 이상 Data 저장이 불가능하게 된다.

그래서 Falsh Memory는 각 제조사별로 cyc 동작의 횟수에 제한을 두고 있다.

Flash Memory는 흔히 Nand Flash Memory로 주로 거론된다.

Nand Flash Memory에서 Nand는 Logic 회로에 쓰이는 연산자를 말하며, 우리말로는 부정 논리곱이라고 한다.

Flash Memory는 NOR type과 Nand Type 2가지가 있다.

Nor type의 경우 응답속도는 빠르지만 data저장을 위해 필요한 면적이 커서 작게 만들 수 없는 단점이 있고,

Nand type은 응답속도는 Nor type 대비 느리지만 data저장을 위해 필요한 면적이 Nor 대비 작다는 장점이 있다.

우리에게 익숙한 USB와 같은 Flash disk들은 data를 저장하는 Cell Transistor가 모두 Nand type으로 만들어져 있다.

Cell Transistor 한개당 1bit의 data를 저장할 수 있는데, Nor type의 경우에는 BL과 SL사이에 Cell transistor를 1개만 배치 할 수 있고, Nand type의 경우에는 Cell transisto배치 개수에 대한 제한이 없어 소형화에 더 유리하고 동일 면적에서 더 많은 정보를 저장할 수 있다.

BL은 Cell transisotr에서 Data ouput node를 말하며, SL은 Low bias apply node를 말한다.