플래시 메모리

1. 고속, 저전력, 비휘발성 저장매체, 플래시 메모리

(1) 플래시 메모리의 개념

• 기계적 동작이 없는 순수 반도체로 이루어져 빠른 속도와 전력소모가 적은 비휘발성 메모리

(2) 플래시 메모리의 특징

특징	설명
덮어쓰기 연산이 제한적	– 덮어쓰기 불가능 시 기존 페이지 무효화 후 새로운 페이지에 기록
소거 연산 오버헤드	– 무효화 페이지 재사용 위해 소거 연산을 먼저 수행하여 오버헤드 발생

2. 플래시 메모리 쓰기, 삭제, 읽기 과정

(1) 플래시 메모리 구조

– 2층 구조 게이트 전극의 아래쪽은 플로팅 게이트, 위쪽은 컨트롤 게이트 – 데이터 저장/삭제 시 플로팅 게이트에 전자를 채우고 비우는 방식을 통해 수행

• 플래시 메모리는 셀 트랜지스터라고 불리는 특별한 구조의 MOS 트랜지스터에 전하 축적하여 데이터 보존
• 대표적 메모리 셀 구조는 플로팅 게이트로 2층 구조의 MOS 트랜지스터

(2) 플래시 메모리 쓰기 과정

플로팅 게이트는 절연체인 산화막(SiO2) 둘러싸여 닫힘 컨트롤 게이트에서 높은 (+)전압을 걸어주면 (-)전자가 산화막을 통과해 플로팅 게이트로 이동 터널주입: 일정량 전자가 채워지고, 전압이 인가되지 않아도 전자가 플로팅 게이트 내부에 갇혀 있는 상태로 유지

(3) 플래시 메모리 삭제 과정

터널 릴리즈: P채널 기판 쪽에서 높은 (+)전압을 걸어주면 플로팅 게이트의 전자가 산화막을 뚫고 빠져나가 비워짐 낸드 플래시 메모리는 덮어쓰기가 불가능(삭제→신규작성)

(4) 플래시 메모리 읽기 과정

‘읽기’는 플로팅 게이트에 전자 존재 여부 확인 전자가 플로팅 게이트에서 이동하지 않게 낮은 (+)전압 컨트롤 게이트와 비트라인에 걸어 소스→드레인 전자 이동 플로팅 게이트에 전자 갇혀있다면 컨트롤 게이트에서 나오는 전기장에 영향으로 문턱 전압은 높아짐 전자가 제대로 이동하지 못하면 플로팅 게이트에 전자가 갇혀 있다는 것이고, 이동 시 비어있는 경우 SLC의 경우 전자의 유무로 0과 1을 판단 MLC, TLC의 경우 전자의 양을 판단해야 하므로 복잡

3. 플래시 메모리의 유형

(1) 플래시 메모리의 회로 구조에 따른 유형

항목	NAND 플래시	NOR 플래시
특징	– 직렬 연결 방식 – 회로 집적도 높음	– 병렬 연결 방식 – 회로 집적도 낮음
장점	– 프로그램 소거 빠름	– 프로그램 바이트화
단점	– 바이트화 불가	– 프로그램 소거 느림
사용	– SSD, 메모리카드	– 핸드폰 EPROM
코드실행	– 불가능	– 가능
블록크기	– 8KB	– 64KB
랜덤액세스	– 불가능	– 가능
시장주도	– 삼성 주도	– 인텔 주도
읽기 방식	– Random Access	– Sequential Access

(2) 플래시 메모리 셀 저장 용량에 따른 유형

항목	SLC	MLC	TLC
명칭	Single Level Cell	Multi Level Cell	Triple Level Cell
저장	1비트/소자(셀)	2비트/소자(셀)	3비트/소자(셀)
R성능	25㎲	50㎲	~75㎲
W성능	200㎲~300㎲	600㎲~900㎲	900㎲~1350㎲
E성능	1.5㎳~2㎳	3㎳	~4.5㎳
수명	10만회 쓰기	1만회 쓰기	1000회 내외
비용	SLC > MLC > TLC
ECC	오류 검출, 수정위한 ECC 복잡도 SLC < MLC < TLC