Wat is flashgeheugen?

Flashgeheugen is de oplossing voor digitale opslag van informatie zonder dat het veel stroom kost. De flashtechnologie betekende een revolutionaire sprong in de ontwikkeling van geheugens. Een flashgeheugen is niet-vluchtig; de opgeslagen informatie blijft bewaard, ongeacht of er een spanningsbron aanwezig is of niet. Daarnaast is een flash-cel relatief klein, zodat een grote hoeveelheid data op een klein oppervlak kan worden bewaard.

Geheugen

Elke dag slaan we met onze hedendaagse apparatuur informatie op. Digitale foto’s, muziekfiles, tekstbestanden, PDF’s en andere informatie worden bewaard op de computer, mobiele telefoon of fotocamera. Niet-vluchtig (non-volatile) geheugen kan data bewaren zonder dat er een spanningsbron nodig is om het geheugen blijvend te voeden. Dit betekent dat de voedingspanning uitgeschakeld kan worden nadat de informatie in het geheugen gezet is.

De gangbare vormen van niet-vluchtig geheugen zijn een harde schijf, floppy disc, rw cd, en het vroeger gebruikte ringkerngeheugen. In het algemeen zijn voor deze vormen van opslag bewegende delen in het lees- en schrijfsysteem vereist. Bovendien kosten deze types geheugen relatief veel oppervlak.

Flash

Flashgeheugen is een vorm van niet-vluchtig geheugen dat per bitcel niet veel oppervlak kost. Bovendien is flashgeheugen een vorm van solid state opslag; het geheugen vereist geen mechanische onderdelen, maar fungeert volledig elektronisch. Dit maakt dit type geheugen erg geschikt voor toepassingen in audio- en videoapparatuur. Een bitcel fungeert als opslagplaats voor een logische 'één' of logische 'nul'. Met logische enen en nullen maakt men binaire getallen, het dataformaat voor digitale opslag van data.
Flash wordt onder andere gebruikt voor:

• BIOS geheugen van een PC
• CompactFlash (digitale camera's)
• MP3 spelers
• Memory Sticks
• Video game memory cards

Werking

De opbouw van een flashgeheugen is gelijk aan vele andere typen geheugen, zoals RAM of EEPROM. Een matrix van rijen en kolommen vormt het geraamte van een dergelijk systeem. Op het kruispunt van elke rij en kolom zijn bitcellen geplaatst. In een bitcel kan men een logsiche '1' of logische '0' opslaan, een zogenaamd bit (binary digit). Bits zijn de basis van binaire getallen; 4 bits achter elkaar vormen een 'nibble', 8 bits een 'byte'. Wanneer men 8 kolommen en 1 rij selecteert, heeft men de toegang tot een byte; het byte kan geschreven of gelezen worden.

Een transisor is een elektronische schakelaar; in geheugens worden ze gebruikt om bitcellen te selecteren. Wanneer een bitcel geselecteerd is, kan men de betreffende cel schrijven met een '0' of een '1', of uitlezen. Het typsiche van een flash bitcel is dat er één transistor wordt gebruikt om digitale data (een '0'' of een '1'') op te slaan. De precieze werking van een transistor laten we even buiten beschouwing. In de figuur hiernaast is een dwarsdoorsnede afgebeeld van een flash bitcel. Een transistor is in feite een kanaal -gemaakt van siicium (silicon)- dat open of dicht kan worden gezet. Aan de uiteinden van zo'n kanaal zijn twee aansluitingen aangebracht, de drain en de source. Dit is afgebeeld door de lichtblauwe vlakken. De derde aansluiting noemt men de gate; deze wordt gebruikt om het kanaal open of dicht te zetten. Een gate is gemaakt van polysilicium, een ander soort halfgeleidend materiaal.

Een flash bitcel bevat twee gates. Eentje om te schakelen (control gate), en een tweede die dient om lading op te slaan (floating gate). De control gate is afgebeeld door het gele vlak, de floating gate zit daaronder. Een flash bitcel kan worden geprogrammeerd door lading via de control gate naar de floating gate te laten lopen. Dit proces noemt men tunneling. Als de lading eenmaal is aangebracht op de floating gate, dan zal het daar blijven omdat het niet kan weglekken naar een ander punt. Er is wel sprake van lekkage maar dat is een marginaal effect (leakage).

Wanneer men lading (elektronen) aanbrengt op de floating gate, is er sprake van een logsiche '0'. Men kan de lading via de source afvoeren naar aarde; de floating gate is dan niet geladen. Deze toestand duidt men aan als een logsiche '1'.