SSD NAND 闪存单元如何工作
闪存单元靠浮栅困住电子来保存一个比特。打开这层层叠叠的晶体管结构——控制栅、浮栅、隧穿氧化层、沟道——看看一点点电荷如何变成一个 0 或 1。
发生的顺序
字线抬起
→
电子隧穿注入
→
电荷被困住
→
比特存下
→
检测读回
闪存单元靠浮栅困住电子来保存一个比特。打开这层层叠叠的晶体管结构——控制栅、浮栅、隧穿氧化层、沟道——看看一点点电荷如何变成一个 0 或 1。
NAND 闪存单元是 SSD、U 盘或存储卡里负责保存一个比特的那种微小晶体管。它就是一只普通晶体管，只多了一个花样：中间多了一层能保存电荷的导体，也就是“浮栅”。
因为这份电荷不需要供电就能留在原地，闪存是非易失的——断电后内容仍在。数以十亿计的单元按行列连成阵列，就构成了 SSD 里面的存储。
从外面看，闪存芯片只是一块看不出任何细节的黑色塑料封装。真正关键的部分是一层水平叠起来的三明治结构，所以只有剖面图才能看清电压是如何写入、读取和擦除一个比特的。
写入始于字线上的一股电压——那条金属线把一整行单元的控制栅连在一起。它抬起控制栅，并在下方整叠结构上建立起强电场。
电场强到足以把电子直接推过隔开沟道与浮栅的那层极薄隧穿氧化层。平时这层氧化层是阻断电流的，但在写入电压下它允许电子通过。
浮栅是一层四面都被绝缘体包围的导体——下面是隧穿氧化层，上面是阻挡氧化层。电子一旦到达就无处可去，被绝缘层牢牢固定在原处。
浮栅上的电子会改变晶体管导通所需的电压。存有电荷的单元读出来是一个值，空着的单元读出来是另一个值——这个差别就是保存的 0 或 1。
读取时在源极与漏极之间施加一个小电压。若浮栅上存有电荷，沟道保持关闭，几乎不通过电流；若浮栅是空的，沟道导通。读取并不会损坏单元。
擦除施加反向电场，把被困的电子驱离浮栅、送回沟道或基底。因为许多单元共用同一片区域，擦除只能整块进行，而不能单独擦一个单元。
不会。电荷停留在四周都被绝缘体包围的浮栅上，只能以年为单位极缓慢地流失。这种非易失特性正是 SSD、U 盘与存储卡断电后仍能保留内容的原因。
浮栅是晶体管中间一层不接任何电极的导体。放在它上面的电子被上下两侧的绝缘氧化层困住，电荷因此留在原处，之后还能被检测出来。
擦除意味着通过共享的基底或字线一次性移走大量单元的电荷，所以要按块进行。而写入可以针对单个页，因此闪存被描述为“按页写、按块擦”。
每一次编程与擦除都会让电子穿过隧穿氧化层，慢慢损伤它。循环足够多次后氧化层开始漏电，单元便无法可靠地保存电荷——这就是 SSD 写入寿命有限的原因。
最简单的单层单元只存一个比特：有电荷或没有电荷。要在每个单元里存更多比特，就得在浮栅上放置多个不同的电荷等级，MLC 与 TLC 闪存正是靠这个换来更大容量，代价是速度与寿命。