DRAM and NAND Flash

반도체하면 꼭 나오는 DRAM과 NAND Flash에 대해서 알아보겠습니다

DRAM은 램의 한 종류로 저장된 정보가 시간에 따라 소멸하기 때문에 주기적으로 재생시켜야 하고 구조가 간단하여 

대용량 임시기억장치로 사용됩니다. 휘발성 메모리라고도 합니다. 

낸드플래시는 전원이 꺼져도 저장한 정보가 사라지지 않는 플래시 메모리 반도체입니다.

비휘발성 메모리라고도 하죠. 주로 스마트폰, PC의 주저장장치로 사용됩니다.

출처 : 네이버 지식백과

DRAM과 낸드플래시는 한국 반도체 시장에서 매우 중요합니다

삼성은 현재 메모리 부분에선 DRAM과 NAND Flash 둘 다 1위를 차지하고 있습니다.

하이닉스는 DRAM에서 2위, NAND Flash는 5위를 달리고 있네요.

메모리 비메모리 통합 순위는 원래 인텔이 1위였으나 17년에는 삼성이 메모리 반도체 호황기로 1위를 역전한 거 같습니다.

그럼 이제 제가 궁금했던 걸 공부하면서 정리하겠습니다.

DRAM(Dynamic random access memory)의 원리와 구조를 살펴보겠습니다.

DRAM은 하나의 데이터를 저장하기 위해 한 개의 Transistor(스위치)와 Capacitor(정보기억)가 사용됩니다.

하지만 Cap은 물리적으로 전자를 누전되는 성질이 있어 주기적으로 Cap을 Refresh해줘야 합니다.

주기적으로 Refresh 해줘야 하는 성질 때문에 Dynamic이라는 말이 붙게 됐습니다.

 

제가 생각하고 있는 메모리에서의 기억은 래치나 플리플롭이었습니다. SRAM은 래치구조를 가지고 있더라고요.

하지만 DRAM에서는 간단하게 캐패시터로 기억을 합니다. 캐패시터가 래치의 역할을 대신해 구조가 간단하죠.

속도는 SRAM이 래치의 구조여서 더 빠릅니다. 하지만 DRAM은 구조가 단순하고 쉽게 대용량을 만들 수 있습니다.

값을 쓰는 방식은 WL에 High를 줘서 회로를 이어주고 BL에 전압을 줘서 캐패시터에 전하를 채웁니다.

값을 읽는 방식도 마찬가지로 WL에 High를 줘서 BL로 캐패시터에서 방전되는 전하값을 읽으면 됩니다.

                

플립플롭 구조인 SRAM입니다. 오른쪽에 있는 그림은 인버터 회로인데 SRAM에는 인버터 회로가 2개 들어있어 래치의 역할을 합니다.

NAND FLASH

셀이 직렬로 연결, 셀이 작다.

Write 속도가 빠르다, Read 속도가 느리다.

셀당 한 비트의 저장공간을 가지면 SLC(Single Level Cell), 두 비트는 MLC, 세비트는 TLC 입니다..

NAND Flash는 DRAM과 달리 캐패시터가 아니라 Floating Gate에 전하를 저장해 전원이 꺼져도 데이터가 보존되는 비휘발성 메모리입니다.

데이터 쓰기 과정은 다음과 같습니다.

Floating Gate 윗 부분을 Top Gate 혹은 Control Gate 라 부르는데 Top Gate에 전압을 인가해주면 

Source에서 Drain으로 이동하던 전자가 Floating Gate로 끌려가게 됩니다. 이 과정을 통해 Floating Gate에 전하를 저장합니다.

데이터 지우기 과정은 하단 부분에 전압을 인가해줘 Floating Gate에 갇혀있던 전자를 밖으로 빼냅니다.

데이터 읽기 과정은 다음과 같습니다.

Top Gate에 전압(약한 전압)이 걸리면 전기장이 발생해 Source에서 Drain으로 흐르는 전류에 영향을 미치게 됩니다.

Floating Gate에 있는 전하의 양에 따라 전기장의 세기가 변화해 전류의 변화가 달라지게 되므로 

전류를 통해서 Floating Gate의 전하의 양을 파악해 데이터를 읽습니다..

출처 : http://www.skcareersjournal.com/431

만약 Floating Gate에 전하가 있는 상태에서 Control Gate에 약전압을 인가하면 Control Gate와 Floating Gate 모두에 전기장이 생겨

전기장이 서로 간섭해 정공을 밀지 못해 정공의 영향으로 전류가 흐르지 못합니다.

그리고 Floating Gate에 전하가 없다면 오직 Control Gate의 전기장의 영향을 받기 때문에 정공이 밀려냐 전류가 잘 흐릅니다.

지금까지 DRAM과 NAND Flash의 기본적 구조와 원리를 알아보았습니다.

다음 포스팅은 반도체의 최신 기술로 돌아오겠습니다.