리짜르도의 즐거운 인생 이야기

스위치가 꺼져 있을 때 플래시 메모리의 기억 방법

데스크톱이나 노트북의 경우 컴퓨터의 전원이 꺼지면 RAM에 있는 데이터는 디스크에 저장하지 않는 한 사라지고 만다. 그러나 스마트폰, 태블릿, 카메라, 휴대용 장치로 발전한 컴퓨터에는 저장용 디스크 드라이브가 없다. 이 장치는 모두 메모리칩을 사용한다. 게다가 스마트폰을 끄더라도 주소록, 음악, 사진, 앱은 다시 켜도 그대로 있다. 이는 휴대용 장치가 일반적인 RAM을 사용하지 않고 데이터를 그대로 얼리는 플래시 메모리(flash memory)를 사용하기 때문이다.

플래시 메모리는 서로 직각으로 연결된 인쇄 회로망에 배치된다. 한 방향의 회로선이 워드 어드레스(word address)이며, 수직을 이루는 회로는 비트 어드레스(bit address)를 나타낸다. 이 둘이 결합하여 셀(cell)이라고 하는 고유 주소 번호를 만든다.

셀에는 두 개의 트랜지스터가 있는데 이 두 트랜지스터는 교차 지점이 0을 나타내는지 1을 나타내는지 여부를 결정한다. 하나의 트랜지스터는 제어 게이트(control gate)로서 워드 라인(word line)이라는 회로 중 하나에 연결되어 워드 어드레스를 결정한다.

얇은 금속 산화물(metal oxide)층은 제어 게이트를 부동 게이트(floating gate)라고 하는 두 번째 트랜지스터에서 분리한다. 소스(source)에서 드레인(drain)으로 전하가 흐르면 부동 게이트와 금속 산화물 및 제어 게이트를 통해 워드 라인까지 퍼진다.

워드 라인의 비트 센서(bit sensor)는 제어 게이트의 전하 세기와 부동 게이트의 전하 세기를 비교한다. 제어 전압이 부동 게이트 전하와 비교해 최소한 절반 이상이면 게이트가 열리고 셀은 1을 나타낸다. 플래시 메모리는 셀이 모두 열린 상태에서 판매된다.

해당하는 셀을 0으로 바꾸는 것으로 플래시 메모리에 기록한다.

플래시 메모리는 파울러 노르트하임 터널링(Fowler Nordheim Tunneling)을 사용하여 셀 값을 0으로 변경한다. 터널링에서 비트 라인의 전류는 부동 게이트 트랜지스터를 통과하여 소스를 통해 접지로 빠져 나간다.

전류에서 나오는 에너지는 전자가 부동 게이트와 금속 산화물을 통과하면서 증발하게 만들어 힘을 너무 많이 잃은 전자는 산화물을 통해 되돌려 보내진다. 전자는 전류가 꺼지더라도 제어 게이트 안에 머문다.

전자는 부동 게이트에서 오는 어떤 전하도 통과하지 못하게 하는 벽이 된다. 비트 센서는 두 트랜지스터의 전하 차이를 감지하고 제어 게이트의 전하가 부동 게이트 전하의 50%에 미치지 못하므로 0으로 간주한다.

플래시 메모리를 재사용하려고 하면 회로 내부 배선 (in-circuit wiring)으로 전류를 보내 칩 전체나 블록(block)이라는 칩의 특정 부분에 강한 전기장을 가한다. 전기장은 전자를 활성화시켜 다시 한 번 고르게 분산시킨다.

<플래시의 형태>

플래시 메모리는 카메라, MP3 플레이어에서 주로 사용하는 스마트미디어, 콤팩트 플래시, 메모리 스틱 등 다양한 구성으로 판매된다. 또한 USB 기반의 플래시 드라이브는 컴퓨터 전면 및 후면에 위치하고 있어 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 파일을 옮기는 이동 저장 장치로 편리하게 사용할 수 있다. 폼팩터(form factor), 저장 용량, 읽기/쓰기 속도는 다양하다. 일부는 더 빨리 읽고 쓰기 위해 자체 제어기를 포함하기도 한다.