Nand Flash是一種非易失性存儲(chǔ)器，具有讀寫速度快。功耗低。存儲(chǔ)密度高等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，如固態(tài)硬盤（ SSD）、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著CPU主頻以及IO頻率的不斷提高，傳統(tǒng)硬盤由于讀寫速度慢等原因已經(jīng)成為PC、服務(wù)器存儲(chǔ)等領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。由于基于Nand Flash的存儲(chǔ)相比于傳統(tǒng)硬盤存儲(chǔ)具有體積小、讀寫速度快。抗震動(dòng)強(qiáng)、溫濕度適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)， Nand Flash的市場(chǎng)份額正在迅速擴(kuò)大，逐步取代傳統(tǒng)硬盤。尤其在航天航空、國(guó)防軍事等特殊的應(yīng)用環(huán)境領(lǐng)域中，Nand Flash已經(jīng)成為存儲(chǔ)設(shè)備的首選。

Nand Flash存儲(chǔ)器內(nèi)部是由存儲(chǔ)單元“浮置柵晶體管”陣列排布組成，每一個(gè)“浮置柵晶體管”包括2個(gè)柵極：一個(gè)控制柵極和一個(gè)浮置柵極，如圖1所示。浮置柵極被絕緣層包圍，能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)電荷。存儲(chǔ)單元初始狀態(tài)為擦除狀態(tài)，此時(shí)浮置柵極沒有電子積聚，當(dāng)對(duì)控制柵極施加正電壓時(shí)，電子會(huì)從源極與漏極之間的通道經(jīng)過氧化層陷入浮置柵極，此時(shí)存儲(chǔ)單元處于編程狀態(tài)。擦除操作是在源極加正電壓，利用浮置柵極與源極之間的隧道效應(yīng)，把浮置柵極的電子吸引到源極。

圖1浮置柵晶體管結(jié)構(gòu)示意圖

Nand Flash存儲(chǔ)空間由若干個(gè)plane組成，每個(gè)plane又包含若干個(gè)塊，塊又由頁組成。頁包括數(shù)據(jù)區(qū)域和冗余區(qū)域2部分，數(shù)據(jù)區(qū)域用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，冗余區(qū)域則用來存儲(chǔ)ECC相關(guān)信息和映射表等信息12。頁為Nand Flash的讀寫單元，塊為擦除操作單元。

Nand Flash每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)比特位，當(dāng)只存儲(chǔ)一個(gè)比特位時(shí)，這種存儲(chǔ)單元稱為單階存儲(chǔ)單元（ SLC）；當(dāng)能夠存儲(chǔ)2個(gè)比特位時(shí)，稱為多階存儲(chǔ)單元（MLC）；當(dāng)存儲(chǔ)3個(gè)比特位時(shí)，稱為三階存儲(chǔ)單元（TLC）。在 MLC和TLC中，通過不同的電荷量來存儲(chǔ)多個(gè)比特位，因此數(shù)據(jù)讀取時(shí)需要檢測(cè)出電流量大小以確定電荷級(jí)別。而在SLC中只需檢測(cè)電荷的有無即可。MLC和TLC類型存儲(chǔ)器利用單個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)多個(gè)比特位，大大提高了存儲(chǔ)密度，降低了存儲(chǔ)成本，但同時(shí)也增大了誤碼率，而且壽命也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于SLC類型存儲(chǔ)器。

對(duì)于長(zhǎng)度為512 B的數(shù)據(jù)，目前的糾錯(cuò)位數(shù)要求大概為：

SLC:1位~12位糾錯(cuò)能力；

MLC:4位~40位糾錯(cuò)能力；

TLC:60位以上的糾錯(cuò)能力。

Nand閃存存儲(chǔ)錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)制主要包括：存儲(chǔ)密度的提升以及閾值電壓多級(jí)分布造成各存儲(chǔ)單元之間干擾增大，從而導(dǎo)致存儲(chǔ)過程中存儲(chǔ)電壓發(fā)生偏移而發(fā)生錯(cuò)誤；隨著編程擦除周期次數(shù)的增加，陷阱電荷改變了閾值電壓的分布，使得電壓的分布區(qū)變寬，導(dǎo)致2閾值電壓之間發(fā)生重疊，從而造成誤判；在航空航天等應(yīng)用環(huán)境中，電子會(huì)由于能量輻射而發(fā)生熱運(yùn)動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)能夠大大降低這些錯(cuò)誤的發(fā)生。

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