حافظه های EEPROM و Flash Memory

با اینکه حافظه ای EPROM یک موفقیت مناسب نسبت به حافظه های PROM از بعد استفاده مجدد می باشند ولی کماکن نیازمند بکارگیری تجهیزات خاص و دنبال نمودن فرآیندهای خسته کننده بمنظور حذف و نصب مجدد آنان در هر زمانی است که به یک شارژ نیاز باشد. در ضمن، فرآیند اعمال تغییرات در یک حافظه EPROM نمی تواند همزمان با نیاز و بصورت تصاعدی صورت پذیرد و در ابتدا می بایست تمام محتویات را پاک نمود.حافظه های Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)EEOPROM) پاسخی مناسب به نیازهای موجود است . در حافظه های EEPROM تسهیلات زیر ارائه می گردد:

برای بازنویسی تراشه نیاز به جدا نمودن تراشه از محل نصب شده نخواهد بود.

برای تغییر بخشی از تراشه نیاز به پاک نمودن تمام محتویات نخواهد بود.

اعمال تغییرات در این نوع تراشه ها مستلزم بکارگیری یک دستگاه اختصاصی نخواهد بود.

در عوض استفاده از اشعه ماوراء بنفش، می توان الکترون های هر سلول را با استفاده از یک برنامه محلی و بکمک یک میدان الکتریکی به وضعیت طبیعی برگرداند. عملیات فوق باعث حذف سلول های مورد نظر شده و می توان مجددا" آنها را بازنویسی نمود.تراشه های فوق در هر لحظه یک بایت را تغییر خواهند داد.فرآیند اعمال تغییرات در تراشه های فوق کند بوده و در مواردی که می بایست اطلاعات با سرعت تغییر یابند ، سرعت لازم را نداشته و دارای چالش های خاص خود می باشند.

تولیدکنندگان با ارائه Flash Memory که یک نوع خاص از حافظه های EEPROM می باشد به محدودیت اشاره شده پاسخ لازم را داده اند.در حافظه Falsh از مدارات از قبل پیش بینی شده در زمان طراحی ، بمنظور حذف استفاده می گردد ( بکمک ایجاد یک میدان الکتریکی). در این حالت می توان تمام و یا بخش های خاصی از تراشه را که " بلاک " نامیده می شوند، را حذف کرد.این نوع حافظه نسبت به حافظه های EEPROM سریعتر است ، چون داده ها از طریق بلاک هائی که معمولا" 512 بایت می باشند ( به جای یک بایت در هر لحظه ) نوشته می گردند. شکل زیر حافظه BIOS را که نوع خاصی از حافظه ROM مدل Flash memory است ، نشان می دهد.

نام Cell sensor سطح شارژ پاس داده شده به floating gate را مونیتور خواهد كرد. در صورتیكه جریان گیت بیشتر از 50 درصد شارژ باشد ، در اینصورت مقدار یك را دارا خواهد بود.زمانیكه شارژ پاس داده شده از 50 درصد آستانه عدول نموده مقدار به صفر تغییر پیدا خواهد كرد.یك تراشه EEPROM دارای گیت هائی است كه تمام آنها باز بوده و هر سلول آن مقدار یك را دارا است.
در این نوع حافظه ها ( فلش) ، بمنظور حذف از مدارات پیش بینی شده در زمان طراحی ( بكمك ایجاد یك میدان الكتریكی) استفاده می گردد. در این حالت می توان تمام و یا بخش های خاصی از تراشه را كه " بلاك " نامیده می شوند، را حذف كرد.این نوع حافظه نسبت به حافظه های EEPROM سریعتر است ، چون داده ها از طریق بلاك هائی كه معمولا" 512 بایت می باشند ( به جای یك بایت در هر لحظه ) نوشته می گردند.

مبانی حافظه فلش

حافظه فلاش یک نوع خاص از تراشه های EEPROM است . حافظه فوق شامل شبکه ای مشتمل بر سطر و ستون است . در محل تقاطع هر سطر و یا ستون از دو ترانزیستور استفاده می گردد. دو ترانزیستور فوق توسط یک لایه نازک اکسید از یکدیگر جدا شده اند. یکی از ترانزیستورها Floating gate و دیگری Control gate خواهد بود. Floatino gate صرفا" به سطر (WordLine) متصل است . تا زمانیکه لینک فوق وجود داشته باشد در سلول مربوطه مقدار یک ذخیره خواهد بود. بمنظور تغییر مقدار یک به صفر از فرآیندی با نام Fowler-Nordheim tunneling استفاده می گردد. از Tunneling بمنظور تغییر محل الکترون ها در Floating gate استفاد می شود. یک شارژ الکتریکی حدود 10 تا 13 ولت به floating gate داده می شود. شارژ از ستون شروع ( bitline) و سپس به floating gate خواهد رسید .در نهایت شارژ فوق تخلیه می گردد( زمین ) .شارژ فوق باعث می گردد که ترانزیستور floating gate مشابه یک "پخش کننده الکترون " رفتار نماید . الکترون های مازاد فشرده شده و در سمت دیگر لایه اکسید به دام افتاد و یک شارژ منفی را باعث می گردند. الکترون های شارژ شده منفی ، بعنوان یک صفحه عایق بین control gate و floating gate رفتار می نمایند.دستگاه خاصی با نام Cell sensor سطح شارژ پاس داده شده به floating gate را مونیتور خواهد کرد. در صورتیکه جریان گیت بیشتر از 50 درصد شارژ باشد ، در اینصورت مقدار یک را دارا خواهد بود.زمانیکه شارژ پاس داده شده از 50 درصد آستانه عدول نموده مقدار به صفر تغییر پیدا خواهد کرد.یک تراشه EEPROM دارای گیت هائی است که تمام آنها باز بوده و هر سلول آن مقدار یک را دارا است.

در این نوع حافظه ها ( فلش) ، بمنظور حذف از مدارات پیش بینی شده در زمان طراحی ( بکمک ایجاد یک میدان الکتریکی) استفاده می گردد. در این حالت می توان تمام و یا بخش های خاصی از تراشه را که " بلاک " نامیده می شوند، را حذف کرد.این نوع حافظه نسبت به حافظه های EEPROM سریعتر است ، چون داده ها از طریق بلاک هائی که معمولا" 512 بایت می باشند ( به جای یک بایت در هر لحظه ) نوشته می گردند.

کارت های حافظه فلش

تراشه BIOS در کامپیوتر، متداولترین نوع حافظه فلش است . کارت های SmartMedia و ComapctFlash نیز نمونه های دیگری از حافظه های فلش بوده که اخیرا" متداول شده اند. از کارت های فوق بعنوان "فیلم های الکترونیکی" در دوربین های دیجیتال، استفاده می گردد .کارتهای حافظه برای بازیهای کامپیوتری نظیر Sega و PlayStation نمونه های دیگری از حافظه های فلش می باشند. استفاده از حافظه فلش نسبت به هارد دارای مزایای زیر است :

حافظه های فلش نویز پذیر نمی باشند.

سرعت دستیابی به حافظه های فلش بالا است .

حافظه های فلش دارای اندازه کوچک هستند.

حافظه فلش دارای عناصر قابل حرکت ( نظیر هارد ) نمی باشند.

قیمت حافظه های فلش نسبت به هارد بیشتر است .(3)

انواع حافظه های قابل حمل

Compact Flash Cards:

این نوع حافظه تمام تکنولوژی جهت خواندن را بهمراه خود دارد بهمین دلیل دوربین های شما سخت افزار خاصی برای خواندن اطلاعات این حافظه را نیاز ندارند .

دو نوع Compact Flash II,I نوع II آن ضخامت 5.5 m m دارد و کارت نوع I در محفظه های نوع II قابل خواندن است .

Compact Flash II وجود دارد را در محفظه های نوع I نمی توان قرارداد . Compact Flash ها از تکنولوژی حافظه non – volatile بهره برداری می کند و با قطع برق اطلاعات پاک نمی شوند نوع I آن تا 640 مگابایت و نوع II تا 1GB قابل افزایش می باشد .
MEMORY STICK :
تکنولوژی جدید سونی که از تکنولوژی Compact Flash استفاده می کند و قابل نصب بر روی دوربین ها و دستگاه های Audio / Video سونی میباشد . حجم این حافظه از 8 تا 128 مگابایت میباشد .

این نوع حافظه احتیاج به دستگاهی جدا برای خواندن اطلاعات آن ندارد با فشاردادن دگمه ای روی آن از پاک شدن اطلاعات جلوگیری میشود نوع جدید آن Memory Stick DUO میزان حافظه ای تا 1GB را خواهد داشت .

SMART MEDIA CARDS :

40% دوربین های امروز از Smart Media Cards و Compact Flash استفاده می کنند .

حافظه های Smart Media Card طوری طراحی شده اند که مدارهای لازم برای خواندن اطلاعاتشان بر روی دوربین نصب شده است بهمین دلیل اندازه بسیار کوچکتری نسبت به Compact Flash ها دارند .

نوع قدیمی این کارت احتیاج به 5 ولت برق داشت و حجم حافظه آن حداکثر 5 مگابایت بود . انواع جدید این حافظه فقط نیاز به 2/3 ولت دارد و حجم حافظه آن تا 128 مگابایت افزایش یافته است . گوشه انواع قدیمی این نوع حافظه بریدگی دارد که باعث می شود انواع جدید در محل آن قرار نگیرد .

XD PICTURE CARD :

حافظه ای بسیار کوچک که توسط Olympus , Fuji طراحی شده است . و بمعنی کارت Exterme Digital یا بهترین ابزار برای ضبط فیلم و صدا و تصویر است اندازه این کارت 20x25x1.7 میلی متر مربع است و دو گرم وزن دارد . قابلیت حجم اطلاعات تا 8GB را دارد .

بهمراه این کارت Adepter خاصی طراحی شده تا به سادگی به کامپیوتر متصل شده و اطلاعات نه تنها دوربین بلکه کامپیوتر خود را به XD کارت منتقل کنید .

MULTI MEDIA CARD :

تکنولوژی که سال 1997 توسط شرکت زیمنس و شرکت SCAN DISK CORP طراحی شد . ظرفیت امروزین کارت 64 مگابایت است و اندازه آن 32x24x1/4 میلی متر مربع است که یک پنجم کارت حافظه Compact Flash می باشد . در این 64 مگابایت می توان 64 دقیقه صدای دیجیتال یا 40 هزار صفحه کتاب را حفظ کرد . از این حافظه در MP3 PLAYER ها تلفن های همراه کامپیوترهای Laptop و دوربین های دیجیتال می توان استفاده کرد .(5)

كوچكترین سلول حافظه غیرفرار جهان ساخته شد

تحولی نوین در تولید تراشه‌های حافظه‌یی
كوچكترین سلول حافظه غیرفرار جهان ساخته شد

به گزارش سرویس فناوری استراتژیك خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، دانشمندان موسسه تكنولوژی Infineon طی تحقیقاتی كه موفق شد ركوردهای صنعت نیمه‌هادی را بشكند، كوچكترین سلول حافظه فلش غیرفرار جهان را ساختند. این حافظه جدید اندازه‌ای حدود 20 نانومتر یعنی تقریبا 5 هزار بار باریكتر از موی انسان دارد. با وجود این طرح جدید، تمام چالش‌های مربوط به ساخت قطعات نیمه‌هادی مانند مشكلات لیتوگرافی برطرف می‌شود و با استفاده از آن می‌توان در یك سال آینده تراشه‌های حافظه‌یی غیرفرار را با ظرفیت 32 گیگابیت (8 برابر حافظه‌های كنونی موجود در بازار) ساخت. استفاده از حافظه‌های فلش غیرفرار به عنوان محیط ذخیره اطلاعات در وسایلی مانند دوربین‌های دیجیتال و پورت‌های USB به طور فزاینده‌ای رو به گسترش است. حافظه‌های فلش غیرفرار موجود در بازار می‌توانند بدون نیاز به ولتاژ تغذیه و به طور ماندگار یك یا دو بیت اطلاعات را در هر سلول حافظه ذخیره كنند. این حافظه‌ها اندازه‌ای حدود 90 نانومتر دارند و این اندازه را با استفاده از تكنولوژی‌های ویژه‌ای طوری به حدود نصف كاهش می‌دهند كه تحت تاثیر اثرات فیزیكی ابعاد نانو قرار نگیرند. مثلا ساخت سلول‌های حافظه فلش در ابعاد 20 نانومتر غیرممكن به نظر می‌رسد، چون اثرات فیزیكی می‌تواند این سلول‌های حافظه را تقریبا غیرقابل اعتماد كند. محققان Infineon توسط ایجاد یك ساختار سه‌بعدی با یك پره سیلیكونی در ترانزیستور كه به عنوان قلب سلول حافظه‌ عمل می‌كند، بر این مشكلات فائق آمده‌اند. این ساختار هندسی ویژه، تاثیرات ناخواسته را به حداقل می‌رساند و به طور مشخص كنترل الكترواستاتیك را در مقایسه با ترانزیستورهای تخت امروزی بهبود می‌دهد. در این ساختار الكترون‌های ذخیره‌كننده اطلاعات در یك لایه نیترید جمع می‌شوند كه به طور الكترونیكی بین پره سیلیكونی و گیت الكترود قرار می‌گیرد كه این ابزار را FinFET) Fin Field Effect Transistor) نامگذاری كرده‌اند. این لایه نیترید فقط 8 نانومتر ضخامت دارد و توسط الكتروگیت به عرض 20 نانومتر كنترل می‌شود. ترانزیستورهای FinFET بادوام هستند و قابلیت‌های الكترونیكی عالی نیز دارند. مثلا پیشرفته‌ترین حافظه‌های كنونی موجود در بازار به حدود هزار الكترون برای نگهداری یك بیت اطلاعات نیاز دارند. به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این سلول حافظه جدید موسسه Infineon فقط از 100 الكترون استفاده می‌كند و در مجموع صد الكترون نیز بیت دوم را در همان ترانزیستور ذخیره می‌كنند. برای مقایسه می‌توان گفت،‌ 100 الكترون تقریبا تعداد الكترون‌هایی است كه در اتم طلا وجود دارند. به جز این سطوح ذخیره انرژی كه در حداقل اندازه ممكن ساخته شده‌اند، نمونه طراحی‌شده در آزمایشگاه‌های Infineon مونیخ قابلیت‌های الكترونیكی عالی دیگری را نیز نشان می‌دهد .

نتیجه :

حافظه فلش از حافظه فلش برای ذخیره اطلاعات آسان و سریع استفاده می شود. در حقیقت اینحافظه بعنوان دستگاه ذخیره سازی امن در نظر گرفته می شود. مثلا تراشهCompactflash ، BIOS (بیشتر در دوربینهای دیجیتالی یافت می شود) Smarts media یا رسانه های هوشمند، PCMCIA ، Memory Stick و کارتهای حافظه از حافظه فلش استفاده می نمایند. این حافظه نوعی از تراشه EEPROM یا حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی پاک کردنی می باشد و دارای شبکه شطرنجی با یک سل (خانه های مستطیل شکل در شبکه شطرنجی را گویند) که دارای دو ترانزیستور در هر تقاطع آن وجود دارند، می باشد. دو ترانزیستورها از یکدیگر به وسیله لایه اکسید جدا می شوند. یکی از ترانزیستورها بعنوان یک Floating gate و دیگری به عنوان Control gate شناخته می شود. Floating gate فقط به ردیف و Control gate به Word line لینک می شود. تا زمانیکه این لینک موجود باشد سل دارای مقدار برابر با یک است. الکترونهای موجود در سل یک تراشه حافظه Flash می توانند با استفاده از یک میدان الکتریکی و شارژ ولتاژ بالا به عدد نرمال یعنی یک برگردند. حافظه Flash سریعتر از حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی پاک کردنی، عمل می نماید، بدلیل اینکه به جای پاک کردن یک بایت در یک زمان یک گروه واژه یا کل تراشه را پاک کرده سپس دوباره آنرا می نویسد. حافظه فلش بدون صدا بوده و امکان دستیابی سریعتر را فراهم می آورد.