Circuitos Digitales: Curso sobre sistemas Digitales

Introducción

Una memoria flash es una
memoria no volátil y programable, de sólo lectura
similar a las EPROM y EEPROM, aunque posee muchas ventajas sobre
ellas. A continuación se describen las características técnicas y
las ventajas de estas memorias, con
referencia a las fabricadas por Micrón Tecnologies (el
creador de las memorias RAM EDO y BEDO),
aunque otros fabricantes destacados en este tipo de productos son
AMD e Intel.

Actualmente todas las placas base de los
microordenadores compatibles llevan una memoria flash, con la
BIOS, que
sustituye a las memorias ROM de generaciones de ordenadores
previas. Para actualizarla sólo es necesario acceder a
través de Internet a la página WEB
del fabricante de la placa, y copiar el programa BIOS en
un disquete para grabarlo en la memoria
flash de la placa.

Características generales

Aunque este tipo de memoria comparte
muchas características con las EPROM y EEPROM, hay una
diferencia fundamental en la generación actual de memorias
Flash, es que las operaciones de
borrado se efectúan en bloques. Todos estos tipos de
memoria se han de borrar antes de rescribir en ellas, cuando
se borra una EPROM mediante luz ultravioleta,
se elimina su contenido de forma completa, mientras que en las
flash se puede borrar todo el "chip", o por bloques como se ha
indicado. Los bloques varían en tamaño, desde 4 kO
a 128 kO. Sin embargo por motivos de seguridad hay un
bloque, usualmente de 16 kO, que contiene el "firmware" y que
está protegido contra borrado, puesto que la patilla de
reinicio ("reset") se debe de poner a un voltaje muy alto, 12
Voltios. Las operaciones de escritura y
lectura no son en bloques, sino al nivel de bit u
octeto.

Borrado y escritura automáticos

Un hecho importante de la generación actual de
memorias flash, es que incorporan una "máquina de estados"
que automatiza los proceso de
escritura y borrado. Las de primera generación
requerían algoritmos muy
complejos por parte del programador.

Durante la escritura la "máquina de estados"
controla el tiempo de los
pulsos, el número de pulsos y los voltajes aplicados,
verificando seguidamente que los datos se han
escrito correctamente. Cuando se ejecuta un borrado, la
"máquina de estados" lo primero que hace es escribir las
localizaciones que se van a procesar a cero, para que cada
celdilla contenga carga uniforme. Entonces la "máquina de
estados" emite los pulsos de borrado y verifica el proceso. En
cualquier momento, ya sea de lectura o escritura se puede leer el
registro de
estado para
hacer un seguimiento del proceso.

Estructura de las celdillas flash

La mayoría de los dispositivos flash comparten la
misma estructura que
las EPROM. Ambos son transistores de
poli silicio del tipo efecto campo (FET) CMOS puerta-flotante. La
primera capa está aislada de la puerta de control por una
capa dieléctrica (que no conduce la electricidad), y
aislada del sustrato por una capa muy fina de óxido. Este
aislamiento permite que se almacene carga eléctrica en la
puerta flotante. La segunda capa está conectada a la
línea de palabras y funciona como la puerta de control.
Las flash, a diferencia de las EPROM, tienen la capa de
óxido que se ha indicado, con un espesor de tan solo 100
ángstrom, que permite el efecto túnel
Fowler-Nordheim, de los electrones de la puerta flotante durante
el proceso de borrado.

Durante el proceso de escritura, se efectúa una
inyección de electrones para colocar cargas
eléctricas en la puerta flotante. En la puerta de control
se envía un voltaje alto, 12 V, que fuerza la
aparición de una región de inversión en el sustrato que es de tipo p.
El voltaje de drenado se incrementa a aproximadamente la mitad
del de la puerta de control (a unos 6 V) mientras que el de la
fuente es puesto a tierra (0 V),
incrementándose la diferencia de voltaje entre colector y
fuente. Con la región de inversión que se ha
formado se incrementa la corriente entre el colector y la base.
El elevado flujo de electrones de la base al colector, incrementa
la energía cinética de los electrones, lo cual les
permite alcanzar energía suficiente para sobrepasar la
barrera de óxido y acceder a la puerta
flotante.

Una vez que se ha completado el proceso de escritura, la
carga negativa sobre la puerta flotante eleva el umbral de
voltaje por encima del voltaje lógico 1 de la puerta de
control. Cuando una celdilla escrita (wordline) se lleva a un 1
lógico durante la lectura la
celdilla no revierte al estado ON. El dispositivo amplificador
detecta y amplifica la corriente de la celda y emite un 0 para
una celda escrita.