從PN結(jié)到NAND flash擦除，寫入的機(jī)制

    PN結(jié)是半導(dǎo)體中最基礎(chǔ)的單元，采用不同的摻雜工藝,將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體基片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?br /> 　　一塊單晶半導(dǎo)體中 ，一部分摻有受主雜質(zhì)是P型半導(dǎo)體，另一部分摻有施主雜質(zhì)是N型半導(dǎo)體時(shí) ，P 型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面附近的過渡區(qū)稱。PN結(jié)有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩種。用同一種半導(dǎo)體材料制成的 PN 結(jié)叫同質(zhì)結(jié) ，由禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)叫異質(zhì)結(jié)。制造PN結(jié)的方法有合金法、擴(kuò)散法、離子注入法和外延生長(zhǎng)法等。制造異質(zhì)結(jié)通常采用外延生長(zhǎng)法。
　　P型半導(dǎo)體：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價(jià)元素組成，會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電的空穴；
　　N型半導(dǎo)體：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價(jià)元素組成，會(huì)在半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負(fù)電的自由電子。
　　在 P 型半導(dǎo)體中有許多帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的電離雜質(zhì)。在電場(chǎng)的作用下，空穴是可以移動(dòng)的，而電離雜質(zhì)（離子）是固定不動(dòng)的 。N 型半導(dǎo)體中有許多可動(dòng)的負(fù)電子和固定的正離子。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散�？昭ê碗娮酉嘤龆鴱�(fù)合，載流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱為空間電荷區(qū) 。P 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是負(fù)離子 ，N 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是正離子。正負(fù)離子在界面附近產(chǎn)生電場(chǎng)，這電場(chǎng)阻止載流子進(jìn)一步擴(kuò)散 ，達(dá)到平衡。
　　在PN結(jié)上外加一電壓 ，如果P型一邊接正極 ，N型一邊接負(fù)極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負(fù)極，則空穴和電子都向遠(yuǎn)離界面的方向運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?br /> 　　PN結(jié)加反向電壓時(shí) ，空間電荷區(qū)變寬 ， 區(qū)中電場(chǎng)增強(qiáng)。反向電壓增大到一定程度時(shí)，反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，則電流會(huì)大到將PN結(jié)燒毀。反向電流突然增大時(shí)的電壓稱擊穿電壓�；�本的擊穿機(jī)構(gòu)有兩種，即隧道擊穿和雪崩擊穿。 PN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)中的正負(fù)電荷構(gòu)成一個(gè)電容性的器件。它的電容量隨外加電壓改變。
　　根據(jù)PN結(jié)的材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)和偏置條件的不同，利用其基本特性可以制造多種功能的晶體二極管。如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡�流二極管、檢波二極管和開關(guān)二極管，利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜PN結(jié)隧道效應(yīng)制作隧道二極管；利用結(jié)電容隨外電壓變化效應(yīng)制作變?nèi)荻�極管。

量子隧穿現(xiàn)象

隧穿效應(yīng)，是指在兩片金屬間夾有極薄的絕緣層（厚度大約為1nm（10-6mm），如氧化薄膜），當(dāng)兩端施加勢(shì)能形成勢(shì)壘V時(shí)，導(dǎo)體中有動(dòng)能E的部分微粒子在E＜V的條件下，可以從絕緣層一側(cè)通過勢(shì)壘V而達(dá)到另一側(cè)的物理現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象在NAND flash中有廣泛的應(yīng)用。

NAND flash的擦除和寫入的機(jī)制

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2018-7-18 16:28 上傳

                   圖1

上圖是一個(gè)NAND 單元，其中可以看到中間標(biāo)注有電子符號(hào)的一塊黃色區(qū)域就是 NAND flash掉電之后保存電子的地方。通過對(duì)于gate極（-8V標(biāo)注的黃色區(qū)域）和下面的P 極（pocket p-well）施加不同的電壓，從而讓電子以隧穿的方式在P極和中間黃色區(qū)域挪動(dòng)。

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              圖2                                    圖3

圖2 是NAND flash 擦除的方式，圖3是NAND flash 寫入的方式。

從上面可以看到整個(gè)NAND flash的擦除和寫入的原理。