什么是浮栅场效应管？干货解析-KIA MOS管

浮栅场效应管解析

闪存（Flash）技术利用的场效应管就是浮栅场效应管。

FLASH技术是采用特殊的浮栅场效应管作为存储单元。这种场效应管的结构与普通场管有很大区别。它具有两个栅极，一个如普通场管栅极一样，用导线引出，称为“选择栅”；另一个则处于二氧化硅的包围之中不与任何部分相连，这个不与任何部分相连的栅极称为“浮栅”。

通常情况下，浮栅不带电荷，则场效应管处于不导通状态，场效应管的漏极电平为高，则表示数据1。编程时，场效应管的漏极和选择栅都加上较高的编程电压，源极则接地。

这样大量电子从源极流向漏极，形成相当大的电流，产生大量热电子，并从衬底的二氧化硅层俘获电子，由于电子的密度大，有的电子就到达了衬底与浮栅之间的二氧化硅层，这时由于选择栅加有高电压，在电场作用下，这些电子又通过二氧化硅层到达浮栅，并在浮栅上形成电子团。

浮栅上的电子团即使在掉电的情况下，仍然会存留在浮栅上，所以信息能够长期保存（通常来说，这个时间可达10年）。由于浮栅为负，所以选择栅为正，在存储器电路中，源极接地，所以相当于场效应管导通，漏极电平为低，即数据0被写入。

擦除时，源极加上较高的编程电压，选择栅接地，漏极开路。根据隧道效应和量子力学的原理，浮栅上的电子将穿过势垒到达源极，浮栅上没有电子后，就意味着信息被擦除了。

由于热电子的速度快，所以编程时间短，并且数据保存的效果好，但是耗电量比较大。

浮栅

Flash最基本的单元为浮栅场效应管。浮栅是一种特殊的MOS晶体管。

这种MOS晶体管有两个多晶硅形成的栅极, 其中一个有电气连接, 叫控制栅, 也就是一般意义上的栅极; 还有一个没有外引线, 它被完全包裹在一层二氧化硅介质层里面, 是浮空的, 所以称之为浮栅。

工作原理

浮栅MOS晶体管的工作原理是利用浮栅上存储的电荷量来改变MOS管的阈值电压，从而改变MOS管的外部特性。

过程描述如下：当MOS管栅极加上较高的电压（20V左右），源极接地，漏极浮空，然后会产生大量高能电子，由于电子密度大，有的电子到衬底和浮栅之间的二氧化硅层，由于选择栅有高电压，这些电子通过隧穿氧化层(Tunnel Oxide）到达浮栅。

当移除外部电压，由于浮栅没有放电回路，所以电子会留在浮栅上。当浮栅带有电子，衬底表面感应的是正电荷，这样使得MOS管导通电压变高。

反之，当控制栅极接地，衬底加上较高电压，源、漏极开路，电子会从浮栅中“吸出”，MOS管导通电压变低。

浮栅中电荷量，影响到MOS管的导通电压，从而代表不同的存储信息。比如说一个杯子，没有水的时候，代表“0”，当水超过一半，代表“1”。

不足

浮栅中存在泄漏的情况，使得电子在浮栅上的保持特性受到影响。主要有：直接隧穿效应、热激发、浮栅上电子陷阱：在浮栅充电过程中，电子被电子陷阱捕获，从而使得浮栅的电位降低，导致降低在Control Gate上加的电压影响。

总结

所以降低隧穿氧化层缺陷、提高隧道氧化层和两层多晶硅之间的氧化层质量就成了关键的问题。

对于我们使用者来说，由于隧穿会损伤隧穿氧化层，所以磨损均衡就很重要了。另外把性能差的挑选出来，不去使用，也是重要的问题。

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