量子隧穿效应在施加一个足够大的电场情况下电子穿过绝缘墙的概率大大提升。根据此现象制造如下结构一块导体多晶硅外面包围着一层绝缘体正常情况下电子无法穿越外面的绝缘层当施一个强电场的时候发生量子隧穿效应电子穿过绝缘层到达被包裹的半导体中去当没有外电场力作用的时候被困在导体中的电子无法穿透绝缘层释放出去即电子储在了导体中。在完全断电的情况下这些电子还可以维持10年左右时间当需要清空里面的电子时只需要施加一个反方向的电场被关起来的电子会在此电场作用下被抽离出来利用此结构便可长期存储信息了该结构为浮栅floating gate。给晶体管上面的金属电极施加一个5V的高电压下面的金属电极施加一个0V的低电压由此在晶体管内部形成一个自上而下的电场大量的电子受到一个相反方向的电场力集聚在晶体管的上部由此形成导电沟道。通过控制栅极电压即可控制两个N型半导体之间的通断该结构为MOS管。将浮栅插到MOS管栅极下面组成浮栅晶体管Floating-Gate Transistor。若需要浮栅存储电子给栅极施加一个高压e.g.20V衬底施加0V巨大压差将导致大量电子发生隧穿被吸到浮栅里若需要浮栅释放电子给栅极施加低压0V衬底施加高压20V浮栅里的电子受到自上而下的电场力巨大压差令电子发生隧穿从而抽离浮栅。以上原理即是浮栅晶体管写入数据和擦除数据的过程。浮栅中存储了多少电子即数据的读取。若浮栅里没有电子该结构相当于普通的MOS管当栅极的电压高于阈值时电子聚集MOS管导通当栅极电压低于阈值MOS管截止。假设阈值电压5V当浮栅中存有电子时由于电子的负电性会抵消一部分施加在栅极上的电压因此栅极上的电压传递到沟道这个位置的时候将不足5V由于该电压低于5V的阈值电压MOS管无法导通处于截止状态。基于此原理判断浮栅晶体管中是否存储电子即在栅极施加阈值电压若MOS管导通则浮栅中未存储电子认为该浮栅晶体管存储的数据是1若MOS管未导通则浮栅中存储了电子认为该浮栅晶体管存储的数据是0。0是有电子1是没有电子。一个浮栅晶体管只能存储0 1两种状态即1bit数据的称之为SLC(Single-Level Cell)。一个浮栅晶体管能存储多种状态即2bit数据的称之为MLC(Multi-Level Cell)。在读取数据的时候SLC只需要用一个阈值电压确认而MLC需要多阈值确认读写速度会降低但是成本相较于SLC更低。市面上还出现了TLC3bit和QLC4bit数据密度更高成本更低读写速度更慢。实际使用过程中会将浮栅晶体管组成阵列来使用先介绍较老的2D平面阵列。将浮栅晶体管串联成一列称之为串String相邻两个浮栅晶体管共用一片N型半导体。在与非门的电路图中白色波点圈出的两个接地MOS管是串联状态因此采用与非NAND来对浮栅晶体管阵列进行命名创始人认为该结构具有闪电般的速度因此命名为NAND FLASH。每个串的串首和串尾都有一个MOS管串首的为串选MOS管串尾的为地选MOS管。将串首的导线延长称之为位线bitline将串尾的导线延长并将其接地。再将该串横向复制几份形成一个阵列该阵列共用一个衬底称之为块block。将每一个串上的串选MOS管的栅极横向连接起来该连通线被称之为串选通线将每一个串上的地选MOS管的栅极横向连接起来该连通线被称之为地选通线将每一个串上的中间晶体管的栅极横向连接起来这些连通线被称之为字线wordline。被字线连接起来的一排晶体管称之为页page。该阵列即为一个完整的2D NAND存储阵列。读一次读取只能读一页的数据。当需要读取某页数据时首先给串选通线和地选通线均施加高电压使其处于导通状态。随后给其他页的字线上施加一个10V的电压因此除目标页外其他页上的浮栅晶体管均变成导通状态可将其视为导线。最后给目标页的字线上施加一个阈值电压若浮栅晶体管中有电子存储0浮栅晶体管呈断开状态若浮栅晶体管中没有电子存储1浮栅晶体管呈导通状态。只需要检测位线是否接地即可知道晶体管的状态想要读取的数据会被全部体现到前排的位线上去从而实现了读的操作。这些位线之后还会进入到页面缓冲区的复杂电路里从位线读出的数据将会暂存在页面缓冲区之后进入到内存或其他地方。PS:10V电压意味着什么浮栅中存储的电子将会导致晶体管导通所需要的电压升高该10V电压可以在浮栅晶体管中即使存满电子的情况下都导通晶体管同时该10V电压又不至于高到令电子发生隧穿效应。写首先给串选通线施加高电压使其处于导通状态给地选通线施加低电压0V使其处于断开状态因此该串不会导通给位线施加低电压0V。随后给其他页的字线上施加一个10V的电压因此除目标页外其他页上的浮栅晶体管均变成导通状态可将其视为导线。最后用高电压把电子吸到浮栅中。具体操作若要在目标页的第一个晶体管中吸入电子即需要在目标页的字线上施加一个可以引发隧穿效应的高压e.g. 20V从而完成数据0的写入。但是由于该字线连通目标页上的所有浮栅晶体管因此此操作将会把0写入整页。如何解决若目标页的第二个晶体管不需要写入0即不需要吸入电子则需要给该晶体管所在串的位线上施加一个8V的电压。PS:8V电压意味着什么由于该串的地选通线处于断开状态因此该串并未形成通路位线上施加的8V电压将均匀分布在整个串上该串上每个位置均为8V电压具体到目标页的第二个晶体管栅极上电压为20V沟道电压为8V二者抵消后作用在浮栅上的电压为12V12V不足以引起隧穿效应也不会有电子被吸到浮栅里。综上需要吸电子进浮栅中就给其对应的位线施加0V不需要吸电子进浮栅中就给其对应的位线施加8V该方法成为沟道抑制。由于该方法所需电压较高在生产中逐渐被主流淘汰。取而代之的是一种叫沟道自提升的方式其利用浮栅晶体管之间天然产生的寄生电容来起到抑制沟道的作用这里不再展开。擦除给栅极施加低压0V衬底施加高压20V浮栅里的电子受到自上而下的电场力巨大压差令电子发生隧穿从而抽离浮栅。由于NAND FLASH共用衬底因此擦除将会将整块阵列全部擦除。现在介绍3D阵列。将2D的串旋转一周形成3D结构如图所示将多根柱子列成一个阵列在阵列的顶部每一个串都会伸出来一条位线将这些位线纵向连接。每个串的串选MOS管的栅极横向连接起来形成串选通线。哪一条串选通线是高电压上面的位线就接入到串选通线控制的串上面串选通线相当于一个位线的选择器。每个串的浮栅晶体管横向连接起来形成字线。3D阵列相当于在2D阵列中的每个晶体管后面加了一队。整理来源https://www.bilibili.com/video/BV1Htr8YhELV?spm_id_from333.788.videopod.sectionsvd_sourcece699e10c2cd025a3e401be7205efc2db站博主 Redknot-乔红
 折叠时空之术】)
