フラッシュメモリの基本原理

フラッシュメモリは、一括消去可能タイプのＲＯＭです。

すなわち、全体を一括で初期状態にできる（消去）ほか、あるアドレスに外部データに従う形で「１」に変えること（書き込み）ができ、またアドレスごとに、内部の状態を外部の「０」または「１」に反映させること（読み出し）ができます。

内部状態は電源を切っても消えません（不揮発性）。

その仕組みをごくラフにですが説明しましょう。

まず構造ですが、上図のようにＭＯＳ構造がベースです。

ただし絶縁体の中に浮遊ゲートというのがあるのが特徴です。

ここには電子が入ることができ、たとえば入っていると「１」、入っていないと「０」とみなすことができます。

これがいわばメモリの値です。

消去とは強制的に０にすることです。

そのために下図左のように、ゲートを接地させ、一方でソースに高い電圧を与えます。

すると浮遊ゲートに電子があったとしても、それはソースに引き寄せられてなくなるわけです。

もちろん浮遊ゲートに電子がなければ、何も変わりません。

次に書き込み（０を１にする）ですが、この場合ゲートに非常に高い電圧を与えます。

そしてソースからドレインに電子が流れている状態が入力信号１に対応すると考えてください。

その電子の一部は高い電圧に引き寄せられて浮遊ゲートに流れ込み、その値を１とします。

読み出し時には、ゲートにやや高い電圧を与えます。

すると浮遊ゲートは完全に絶縁されます。

すなわち電子の出入りはありません。

ただし静電誘導効果はあるので、電子がある場合にはソースからドレインへ流れようとする電子を追いやり、流れなくなります。

これが値１に相当します。

浮遊ゲートに電子がない場合、ソースからドレインへ電子が流れ、値０となります。

電源が切られている時も浮遊ゲートは完全に絶縁され、値は保持されます。

フラッシュメモリにはＮＡＮＤタイプとＮＯＲタイプとがあり、前者はメモリカードに、後者はパソコン用プログラム格納などによく使われます。

なお、フラッシュメモリは不揮発性を持つ反面、動作速度がやや遅いので、ストレージデバイスとしての利用が主になっています。

産業技術総合研究所は、酸化シリコン基板上に作製した10nm程度の微小間隙を持つ金属（金など）の電極に電圧を加えることで、金属間の間隙幅が不揮発的に変化すること、それによりトンネル抵抗値が不揮発的に変化することを確認しました。

これは動作速度がフラッシュメモリより速い不揮発性メモリへの可能性を示唆するもので、同研究所ではナノギャップ不揮発性メモリ素子と呼んでいます。

2008年11月27日には、２つの金属同士を横に並べるのではなく縦に少し離して積み重ねても同様の効果を確認したと発表しました。

これにより高集積化への道をひらいたわけです。

トンネル抵抗を多段階に制御することにより、フラッシュメモリと同じく一つの素子に多値（複数ビット）を記憶させることも可能です。

10万回以上状態を変化させることが可能で、これもフラッシュメモリの特性を上回っています。

記憶状態の保持期間も長く、半年を越えてもほぼ変化しません。