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.