NAND Flash 낸드 플래시란? 엄청 쉽게 설명!

지난 포스팅이었던 DRAM에 이어 오늘은 NAND Flash 낸드 플래시에 대해 알아보겠습니다. NAND Flash 낸드 플래시는 DRAM과 마찬가지로 우리나라의 삼성과 SK하이닉스가 세계시장에서 큰 점유율을 차지하고 있습니다.

*NAND Flash 낸드 플래시란?

 오늘날 우리가 스마트폰, PC, 노트북 등에 문서, 사진, 동영상 등을 저장하고 읽을 수 있는 이유는 이 '메모리 반도체' 덕분인데요. 메모리 반도체는 크게 두 가지로 구분됩니다. 바로 RAM과 ROM인데요. RAM은 저번 포스팅에서도 다루었듯이, Random Access memory의 약자이며 전원이 꺼지면 저장된 데이터도 지워지는 '휘발성 메모리'입니다. 반면, ROM은 Read Only Memory의 약자이며, 읽는 것만 가능한 메모리입니다. 그렇다면 오늘 다뤄볼 NAND Flash는 어느 메모리에 속하는 것일까요?

 NAND Flash 메모리는 ROM에 속합니다. 즉, 비휘발성 메모리라는 이야기죠. 이 NAND Flash는 DRAM과 구조적으로도 차이점이 있습니다. 1개의 Tr과 1개의 Capacitor로 구성된 DRAM과는 달리 NAND Flash는 1개의 Tr로만 구성되어있습니다. 더불어 Floating gate라는 층을 가지고 있는 데요. 이 Floating gate는 전자를 저장하는 아주 중요한 역할을 합니다. 또한, Floating gate 위쪽에 있는 ONO는 SiO2/Si3N4/SiO2로 Floating gate의 전자들이 Control Gate 전압에 의해 위쪽으로 이동하는 것을 막기 위한 절연막입니다. 다시 말해 Tunneling 한 전자들은 Floating Gate에 갇히게 되는 것이죠. 아래의 그림은 NAND Flash 구조입니다.

NAND Flash 낸드플래시 구조

*Write(쓰기)

NAND Flash의 데이터 쓰기는 Control gate에 강한 전압을 걸어주는 것으로 시작합니다. 그러면 기판의 전자가 Tunneling oxide를 통과하여 Floating gate로 이동하게 됩니다. 이때 Tunneling oxide 층은 SiO2이며 ‘강한’ 전압을 걸어주었기 때문에 전자가 통과가 가능한 것입니다. 이처럼 Floating gate에 전자를 가두는 것을 Program한다고 하며, 이것은 0으로 인식됩니다. 반대로 Floating gate의 전자를 내보내는 것을 erase라고 하며, 이것은 1로 인식됩니다.

 

*Read(읽기)

반대로 읽는 방법은, 문턱 전압(vth)으로 결정되는데요. 간단합니다. 하나의 Cell의 Nand Flash가 5V에서 Channel이 형성되어 Tr이 On 된다고 가정해 봅시다. 하지만 우리가 Control gate에 전압을 걸어주어 Floating gate에 전자를 속박시킨다면(Program, 0) 문턱 전압이 높아져서(문턱 전압이 높아지는 이유는 아래에서 설명드리겠습니다) 5V로는 Channel이 형성되지 않고, Tr도 Off 상태일 것입니다. 이 차이를 이용하여 Cell에 저장된 데이터를 읽는 것이죠.

*문턱 전압(Vth)의 변화

아마 위에서 문턱 전압(Vth)의 변화에 대해 이해가 안 가시는 분이 계실 것으로 생각합니다. 설명해 드리자면, Floating gate에 전자들이 있으니 문턱 전압은 자연히 바뀌게 됩니다. 왜 바뀌느냐..? 그 이유는 Floating gate의 전자들이 gate 전압을 상쇄시키기 때문인데요. Floating gate의 전자는 Control gate에 걸어주는 +전압을 상쇄시키므로 Floating gate의 아래쪽에 있는 기판에 전압이 도달하는 데 방해를 합니다. 그러므로 drain과 source에 channel을 형성하여 Tr을 on 시키기 위해서는 더 높은 전압이 필요하며, 문턱 전압도 같이 높아지는 것입니다. 즉, 채널을 형성하려면 기판의 소수캐리어인 전자를 oxide 층 바로 아래까지 끌고 와야 하는데 이 힘이 Floating gate에 있는 전자들에 의해 상쇄된다는 뜻입니다.

오늘은 NAND Flash 낸드 플래시가 무엇인지, 어떻게 작동하는지 알아보았습니다. 이러한 NAND Flash 낸드 플래시는 삼성과 하이닉스가 아주 기발한 방법을 통해 발전 시켰는데요. 이러한 발전은 아래 링크를 통해 확인해 주세요! ↓↓↓↓↓↓

https://sweetsangil-3158.tistory.com/entry/NAND-Flash-%EB%82%B8%EB%93%9C-%ED%94%8C%EB%9E%98%EC%8B%9C%EB%9E%80-%EC%97%84%EC%B2%AD-%EC%89%BD%EA%B2%8C-%EC%84%A4%EB%AA%85-2?category=793917