[반도체소자] 21. NAND (1)

NAND

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NAND는 2개의 Gate 중 Control gate의 전압을 통해 Floating gate의 전하량을 조절하여 Threshold voltage의 차이로 데이터를 구분하는 비휘발성 메모리이다. DRAM과 다르게 Charge의 유무에 의해 데이터를 읽는 것이 아니기 때문에 외부의 전원이 사라져도 정보가 저장된다. (Floating gate 또는 Charge trap layer의 전하 유무에 따른 Threshold voltage 변화를 통해 데이터를 구분한다.)
 

 
♭ Data 저장 장소, 저장하는 물리량
Floating gate에 전하(전자)의 존재 여부에 따라 Threshold voltage 변화로 Data(0/1)을 구분합니다.
 
♭ Write 방식 (Single cell 기준)
Control gate의 전압을 통해 Floating gate의 전자(전하) 존재 여부를 결정한다.

"1" WRITE	"0" WRITE
① Control gate에 Positive voltage 인가 ② Tunneling에 의해 Floating gate에 전자 존재 O (Program) ③ Threshold voltage 증가 (Positve shift) = VTH(P) > VTH	① Control gate에 Negative voltage 인가 ② Tunneling에 의해 Floating gate에 전자 존재 X (Erase) ③ Threshold voltage 감소 (Negative shift) = VTH(E) < VTH

Programmed cell은 Floating gate에 전자가 존재하여 V_TH(P)이 양의 방향으로 Shift가 발생하여 Intrinsic cell보다 V_TH가 커진다. 반면, Erased cell은 Flaoting gate에 전자가 존재하지 않아 V_TH(E)이 음의 방향으로 Shift가 발생하여 Intrinsic cell보다 V_TH가 작아진다.

 
♭ Read 방식 (Single cell 기준)

"1" READ	"0" READ
① Drain = VDD 인가 ② Gate =  Vread(=VTH) 인가 ③ ICell ≒ 0 (VTH(R) > Vread)	① Drain = VDD 인가 ② Gate =  Vread(=VTH) 인가 ③ ICell ≫ 0 (VTH(R) > Vread)

 
♭ NAND VS. NOR (Array 기준)

	NADN	NOR
Advantage	1. High speed programming 2. High speed ersaing 3. Small block size : Available integration	1. High speed random acess 2. Byte programming
Disadvantage	1. Slow randow access 2. Byte programming can not be performed	1. Slow speed programming 2. Slow speed erasing 3. Difficult  to integration
Applicaiton	Flash memory(SSD)	BIOS(Competer)
Array
Figure

 
NAND는 Bit line이 각 Cell에 연결되는 것이 아니라 Bit line select(BLS)와 Source line select(SLS)에 연결되어 String 단위로 제어할 수 있어, Program/Erase 속도가 빠르다. Cell마다 Bit line이 연결되어 있지 않아 Cell의 크기가 상대적으로(VS. NOR) 작아 고집적화에 유리하지만, 원하는 Cell에 접근(Access) 속도가 느리다. 예를 들어 설명하면, 가령 비행기 이코노미 좌석을 앉을 때 중앙 자리에 앉기 위해서는 바깥쪽 자리를 지나가야 하기 때문에 속도가 느리다. (바깥 좌석에 다른 손님이 이미 앉아 있는 경우를 생각해보자. 속도가 현저히 느려질 것이다.)
 
NOR는 Bit line이 각 Cell에 모두 연결되어 있어 Cell의 크기가 상대적으로(VS. NAND) 커 집적화에 불리하다. String 단위로 제어하지 않기 때문에 Program/Erase 속도는 느리다. 하지만, 원하는 Cell에 접근(Access) 속도 빠른다. 예를 들어 설명하면, 가령 비행기 퍼스트 클래스 좌석을 앉을 때 다른 자리를 통과할 필요가 없어 빠르게 앉을 수 있다.
 
<출처>
H. Gordon et al., "Flash-Based Security Primitives: Evolution, Challenges and Future Directions", Cryptography, 5 (2021) 7.
 

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