我们熟知的NAND闪存，还有个“双胞胎兄弟”

【IT168 评论】无论消费者还是企业机构，大多数人在谈到闪存时，首先想到的就是NAND闪存。从一定的现实意义上来讲，NAND闪存可以说已经成为固态硬盘的代名词。基于块寻址结构和高密度，使其成为磁盘的完美替代品。

　　NOR闪存是另一种与NAND不同的闪存类型，它具有不同的设计拓扑结构，某些特定的应用场景下更为适合。在比较NAND和NOR闪存在不同应用中的相对优势和适用性之前，检查其结构差异是很重要的。

　　NAND闪存产品是当今已经达到高水准的存储芯片，是当前市面上嵌入式以及独立式SSD的主要原材料。多层单元(MLC)技术和3D制造工艺的结合，将NAND存储单元垂直蚀刻到硅衬底上，使存储密度和NAND芯片容量呈几何级增长。

　　NAND与NOR电路基础

　　尽管NAND闪存是这两种非易失性内存技术中相对流行的一种，但NAND和NOR都是由同一名东芝公司的工程师在上世纪80年代中期发明的。要理解这两个种类的区别和命名，需要简要回顾一下逻辑门的基础知识。

　　NAND和NOR分别涉及到布尔逻辑函数中的逻辑“和”（and）以及“或”（or）。如下所示，NAND和NOR都生成响应两个二进制输入的输出。

响应两个二进制输入的NAND和NOR输出

　　NAND和NOR逻辑门仅仅为它们各自的功能实现了上面这个真值表。

　　NAND门在概念上是作为AND门实现的——当两个输入都是1时输出1——后面跟着一个NOT门，这是一个逻辑反转。相应的，NOR门在概念上是一个OR门——有任何一个输入是1时输出1，然后是NOT门，这是一个逻辑倒装。

　　布尔逻辑的背景对于理解NAND和NOR闪存至关重要，因为闪存单元被连接到一个行和列的数组中。在NAND闪存中，一组中的所有单元(通常是一个字节的倍数，取决于芯片的大小)共享一条位线，并以串行方式连接每个单元，每个单元连接到一个单独的字行。同一字行连接一个内存块中的多个字节，通常为4 KB到16 KB。因此，只有当所有的字线都是高或单状态时，位线才会降低或变为零状态，这实际上将内存组转换为一个多输入NAND门。

　　与此相反，NOR闪存并行组织位线的方式是，当位线和字线都处于低或零状态时，内存单元只保持高或单状态。

　　NAND单元的串联结构使得它们可以通过导电层(或掺杂层)连接在衬底上，而不需要外部接触，从而显著减少了其横截面积。

　　NAND闪存单元的串联连接意味着它们不需要单元之间通过金属层进行外部接触——而这正是NOR拓扑结构所需的。使用导电层连接硅衬底上的单元意味着NAND闪存的密度通常比NOR高两个数量级，或100倍。此外，组内单元的串联连接使它们可以垂直地堆积在3D数组中，位线类似于垂直管道。

　　相反，由于NOR闪存单元不能单独寻址，因此它们对于随机访问应用程序更快。

　　NAND与NOR产品类型

　　这两种类型的闪存具有明显的特性和性能差异，它们有各自最适合的应用程序类型。除了容量外，NAND和NOR闪存还具有不同的运行、性能和成本特性，如下图所示。

　　这两种闪存中也有几种不同的产品类型，它们在I/O接口、写入持久性、可靠性和嵌入式控制功能方面有所不同。

　　NAND闪存产品类型

　　NAND闪存以单层（SLC）、多层（MLC）、三层（TLC）或四层（QLC）的形式在每个单元（cell）中存储bit，分别为1 bit/cell、2 bit/cell、3 bit/cell、4 bit/cell。要确定哪种类型的NAND最适合于工作负载，简单来说，每个单元的位数越高，其容量就越大——当然，是以数据持久性和稳定性为代价的。

　　NAND设备只是没有任何外围电路的存储芯片，这些外围电路使NAND闪存可以在SSD、U盘或其他存储设备中使用。相比之下，托管型NAND产品嵌入了一个内存控制器来处理必要的功能，比如磨损调平、坏块管理(从使用中消除非功能性内存块)和数据冗余。

　　NOR闪存产品类型

　　串行设备通过只暴露少量(通常是1到8个)I/O信号来减少包的pin数。对于需要快速连续读取的应用程序来说，这是理想的选择。NOR闪存通常用于瘦客户机、机顶盒、打印机和驱动器控制器。

　　并行NOR产品暴露多个字节，而且通常使用内存页而不是单独的字节进行操作，更适用于启动代码和高容量应用程序，包括数码单反相机、存储卡和电话。

　　两种闪存都是不可或缺的

　　NAND是闪存的主力，广泛用于嵌入式系统和SSD等存储设备的大容量数据存储。不过，NOR 闪存在存储可执行的启动代码和需要频繁随机读取小数据集的应用程序方面起着关键作用。显然，这两种类型的闪存将继续在计算机、网络和存储系统的设计中发挥作用。

　　原文作者：Kurt Marko

3D NAND与2D NAND结构详解

3D NAND是memory的一种十分重要的产品，全球知名的存储厂商必备的技术支撑，详见文章：

《3D NAND介绍》

NAND分为2D和3D,有了2D NAND，为什么要升级到3D呢？

2D NAND与3D NAND的存储单元的结构对比

如图：

在2D NAND结构中：

控制栅（Control Gate）：位于顶部，控制下面的浮动栅。通过控制栅的电压，可以控制电子是否可以进入或从浮动栅中离开。

浮动栅（Floating Gate）：位于控制栅下方，被绝缘层包裹，用于存储电子。电子流入或从浮动栅中离开来表示数据的1和0。

Single-Si Channel：这是连接源极（S）和漏极（D）的硅沟道。电子通过这个通道从源极流向漏极，根据浮动栅的电荷状态来控制这个流动，从而读取存储的信息。

而对于3D NAND，

控制栅（Control Gate）：3D NAND的控制栅是环绕着存储柱的立体结构。

Poly-Si Channel：与2D NAND的单晶硅通道不同，3D NAND中的通道是垂直构建的，并由多晶硅材料构成，形成一个立体的存储柱。

氮化硅（Nitride）：3D NAND使用电荷陷阱存储电子。电子被存储在氮化硅中，氮化硅是包裹在多晶硅沟道周围，代替了2D NAND中的浮动栅。这种电荷陷阱层使NAND具有非易失性的数据存储能力。

我们再进一步解剖3D-NAND的结构， 如图：

Silicon wafer base layer：这是3D NAND结构的基础，即硅片。

Silicon bit cell gates：是控制电子流动的门结构，它们决定了是否允许电子进入或离开Silicon channel，从而实现数据的存储和读取。

Silicon dioxide gate dielectric：位于控制栅和Silicon channel之间的绝缘层，其功能是保持控制栅和Silicon channel之间的电气隔离。

Silicon channel：其内部流动的电子被控制栅的电压控制，用以存储信息。

Silicon dioxide tunnel dielectric：它使电子在写入操作中通过隧道效应流入到Silicon nitride charge trap，以及在擦除操作中从Silicon nitride charge trap中移除。

3D NAND的优势？

3D NAND的结构极大地提高了存储密度，并减少了晶体管间的干扰，从而提高了数据的读写速度，减少了功耗，延长了使用寿命。

欢迎加入我的半导体制造知识社区，答疑解惑，上千个半导体行业资料共享，内容比文章丰富很多很多，适合快速提升个人能力，介绍如下：

《欢迎加入作者的芯片知识社区！》

相关问答

[最佳回答]是与非门电路,先做“与”运算,再取“非”

安森美半导体提供差分逻辑门,包括AND、NAND、OR、NOR、XOR、XNOR及INV门。安森美半导体提供差分逻辑门,包括AND、NAND、OR、NOR、XOR、XNOR及INV门。

系统芯片(SOC)架构-AviralMittalSystemonChipArchitecture-AviralMittal此技术是在设计片上系统时考虑体系结构级别的因素。同样,范围是围...

[回答]74HCSeriesHighSpeedCMOSLogicFamilyHC是高速COMS逻辑类它的逻辑电平和CMOS电路相同.74LSSeriesLowPowerSchottkyLog...

74AC00A是一款数字逻辑门芯片,属于74系列数字集成电路。它包括四个二输入NAND门,采用AC技术,具有低功耗和高速操作的特点。该芯片能够实现数字信号的与非逻辑...

ge作为量词单位有两个意思1、东南亚各国所用的Ge种重量单位中,在600克左右。2、GE(一个等效的门),代表一个度量单位,它允许指定与制造技术无关的数字电子...

因为在CMOS应用中,NOR和NAND只需4个MOS即可制造,占用面积较小.例如NOR,上面(逻辑1,接VDD)两个PMOS串联,下面(逻辑0,接地)两个NMOS并联.另外,在有些...

要输出方波,您需要使用计时器或示波器以及适当的硬件电路。以下是一种可能的方法:1.使用函数发生器或计时器来提供一个周期性的信号作为基准信号。调整基准信...

1小时前8万采用NAND和NOR门的SR触发器{随机站点名}1小时前4万文艺美女穿白色丝袜性感大长腿摄影写真集{随机站点名}1小时前8万”廷·巴特尔喜欢学习,也喜...

6.验证和简化:验证输出值是否符合预期,检查电路连接是否正确。如果需要,进行逻辑化简来简化电路结构,减少逻辑门的数量。需要注意的是,组合电路的分析方...