Иллюстрация: Максим Чатский

Информация на флешке хранится в ячейках памяти, каждая из которых может запомнить один бит: 0 или 1. Флешка состоит из миллиардов таких ячеек памяти.

Ячейка памяти

Одна ячейка памяти — один бит. Одна буква в тексте — 8 бит или 1 байт. Этот текст занимает примерно 6 тысяч байт, то есть, чтобы сохранить его на флешку, потребуется 48 тысяч ячеек памяти. Для нового эпизода Доктора Хауса в HD потребуется примерно 11 миллиардов ячеек памяти. Трудно представить себе, что они все легко поместятся на площади в 1 квадратный сантиметр.

Ячейка памяти — это транзистор. С двух сторон у него находится два полупроводника n-типа, у которых много свободных электронов, которые могут свободно двигаться, то есть переносить ток.

Между этими полупроводниками находится полупроводник p-типа, у которого, наоборот, недостаток электронов. Ток там переносится, соответственно, дырками от недостающих электронов.

Ток не может проходить между n-полупроводниками, потому что между ними находится p-проводник, а у них разный тип проводимости.

Но над p-полупроводником находится управляющий затвор. Это такой электрод, на который можно подать положительное или отрицательное напряжение. Если на него подать положительное напряжение, то он отодвинет дырки в p-полупроводнике и притянет электроны, поскольку противоположные заряды притягиваются.

Плавающий затвор окружен диэлектриком, чтобы электрончики с него не сбежали. Теоретически, ячейка памяти может хранить свое значение бесконечно, ну или по крайней мере десятки лет.

Получится так называемый n-переход, по которому может пройти электричество с одного полупроводника n-типа на другой и транзистор сможет проводить ток.

Между управляющим затвором и p-полупроводником есть металлическая пластинка — это плавающий затвор. Если ее зарядить отрицательно, то она будет мешать работе управляющего затвора, и транзистор не будет проводить ток вне зависимости от того, есть на управляющем затворе положительное напряжение или нет.

Как читаются данные

Чтобы проверить, что записано в ячейке памяти, ноль или единица, на управляющий затвор подают напряжение и проверяют, может ли идти по транзистору ток:

  • — Если на управляющем затворе есть избыток электронов, то ток идти не будет, значит это единица.
  • — Если на управляющеи затворе избытка электронов нет, то ток пойдет, значит это ноль.

Как записываются

Чтобы записать единичку в ячейку памяти, надо на плавающий затвор закинуть электронов. Но это не так-то просто сделать, потому что плавающий затвор окружен диэлектриком, который, как известно, не проводит ток.

Туннельный эффект — явление, возможное только в квантовой механике, когда, благодаря своим волновым свойствам, электрон перепрыгивает с одного места на другое. То есть он оказывается по ту сторону диэлектрика, не проходя через него. В классической механике такое невозможно.

Для того, чтобы поместить электроны в плавающий затвор, на управляющий затвор подают положительное напряжение — гораздо выше, чем при чтении. Часть проходящих электронов запрыгивают на плавающий затвор благодаря туннельному эффекту.

Стирание данных происходит точно так же, только вместо положительного напряжение на управляющий затвор подается отрицательное, и электроны спрыгивают с плавающего затвора.