【Maker電子學】Flash 記憶體的原理與應用—PART2（EEPROM）

Posted By Liang Bird on 5 月 6, 2024 in Flash 記憶體, Maker電子學, 教學文, 電子學 | 0 comments

上一回我們說明了 Non-Volatile Memory 的發展過程：從單次可寫入的 PROM，到可利用紫外線抹除再寫入的 EPROM，再到可以利用電子方法抹除再寫入的 EEPROM。

這一回我們會繼續說明 EEPROM 的原理，與 Flash Memory 的發展。

EEPROM

EEPROM 是可以用電子方式抹除的 EPROM，也就是說要抹除 EEPROM 的內容時，只要施加適當的電子訊號就可以，不必使用紫外線照著之類的方法。

事實上 EEPROM 的結構和原理都與 EPROM 極為接近，它同樣利用一個完全絕緣的浮動閘極來保存電荷、利用電子穿隧效應來讓電子注入或離開浮動閘極。我們來看一下 EEPROM 的寫入與抹除是怎麼操作的。

寫入時，我們要讓電子進入浮動閘極，於是我們在控制閘極上加上很高的電壓，並讓 source-drain 的通道開啟，而且維持在 0V 左右。

（圖片來源：Bird 提供）

由於控制閘極上的高電壓，控制閘極與通道之間會形成一個強大的電場，讓通道中的電子有能力藉由量子力學中的電子穿隧效應，穿過浮動閘極與通道之間的絕緣層，進入浮動閘極。當這個電場消失後，已經進入浮動閘極的電子就會被困在裡面，因為浮動閘極的周圍都是絕緣層，沒有任何的線路與它連接，所以浮動閘極裡的電子沒地方跑，會乖乖地待在裡面數年甚至數十年之久。

而當浮動閘極中有電子存在時，這些電子所形成的電場會干擾控制閘極對通道的控制能力，因此讀取時，我們會在控制閘極上加上一個沒那麼高的電壓，只要足以讓通道開啟就好；如果這時控浮動極中有電荷，它就會干擾控制閘極的電場，進而讓通道無法開啟；如果這是浮動閘極中沒有電荷，控制閘極就可以正常地讓通道開啟。

從另一個角度來看，浮動閘極會影響這個電晶體的 Vth，也就是控制閘極要讓電晶體的通道開啟時所需要的電壓，又叫 threshold voltage。

既然可以利用穿隧效應讓電子進入浮動閘極，那為什麼不同樣利用穿隧效應讓電子也可以離開浮動閘極呢？於是 EEPROM 就這樣誕生了。