1987年，東芝發明NANDFlash，締造了閃存世界。時至今日，手機、固態硬盤以及大部分數碼設備當中依然使用NAND閃存來記錄數據。

　　閃存到底是如何實現存儲數據功能的？斷電後數據不丟失、寫入前必須先擦除，這些閃存特性又是如何產生的？存儲極客今天就帶你探祕閃存的工作原理。

　　閃存顆粒內有無數個閃存單元（Cell），它是記錄數據的最小單元。下圖是一個FG型閃存單元的結構示意圖。從上到下分別是控制柵極（紫色）、阻擋氧化層（紅色，絕緣層）、浮柵層（黑色）、隧道氧化層（褐色，絕緣層）、襯底（漸變灰）。此外還有藍色的Source源極和Drain漏極。不懂半導體原理也不要緊，我們只需叫的上名字，後邊的內容很簡單。

　　一個閃存單元必須先擦除才能寫入新數據。擦除的過程就是在源極、襯底和漏極施加一個高電壓（如20V），此時就會發生量子隧道效應，位於浮柵極當中的電子衝破隧道氧化層，從浮柵極中逃出。

　　在漏極施加低電壓（如1V），如果傳感器能夠檢測到電流，說明當前浮柵極中沒有電子。和很多朋友想象中不太一樣，擦除後的閃存單元表達的並不是0，而是1。

　　接下來我們看數據如何寫入到閃存。寫入過程對於閃存單元來說就是編程（Program），在控制柵極施加一個高電壓（如20V），在強電場的作用下產生量子隧道效應，電子衝破隧道氧化層進入到浮柵層當中。閃存不能覆蓋寫入，就是因爲需要先通過擦除將浮柵層中電子清除出去。

　　寫入數據之後再發生讀取時，浮柵極中有電子，傳感器檢測不到電流，返回結果是0。

　　當然，上面介紹的僅僅是最簡單的FG型SLC閃存單元，一個單元只表達了一個比特的數據。而當前手機以及固態硬盤當中使用的3D TLC閃存跟他們相比已經有很大的不同。隨着製程微縮進入瓶頸期，隧道氧化層變薄會導致閃存擦寫壽命下降，促成了閃存向3D工藝轉換。下圖爲FG型閃存與東芝BiCS閃存的對比圖，BiCS使用全新結構的Charge Trap單元，增強了寫入壽命表現。

　　今年問世的蘋果iPhone XS/XS MAX以及當前在售的東芝原廠固態硬盤，均使用了64層堆疊的東芝BiCS三維閃存。