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Die Speicherzellen eines Flashspeichers arbeiten mit MOSFETs, die mit einer speziellen Elektrode, dem Floating-Gate, ausgestattet sind. Das Floating-Gate bildet eine Ladungsfalle in der die elektrische Ladung gespeichert wird. Es liegt in einer Oxydschicht unterhalb des Control-Gate und verhindert im Normalfall den Ladungsabfluss zu den N- und P-Schichten. Die Ladung auf dem Floating-Gate bildet als elektrisches Feld und einen leitenden Kanal zwischen Drain und Source, über den die Ladung ausgelesen wird. Das Löschen erfolgt blockweise. Durch Anlegen einer negativen Löschspannung werden die Ladungsträger aus dem Floating-Gate heraus getrieben.

Aufbau einer Flash-Speicherzelle mit Floating-Gate

Flashspeicher gibt es in zwei Architekturen, als NAND-Gatter und als NOR-Gatter, sowohl als einzellige Flashspeicherzellen, die Single Level Cell (SLC), aber auch als mehrzellige, in denen zwei oder drei digitale Zustände gespeichert werden können, die Multi Level Cell (MLC) und die Triple Level Cell (TLC).

Flashspeicher zeichnen sich durch einen niedrigen Energieverbrauch aus, sind byteweise adressierbar und blockweise beschreib- und löschbar. Die Anzahl der Speicher- und Löschvorgänge liegt bei etwa 100.000. Die Zugriffszeiten liegen bei etwa 100 µs und sind stark abhängig vom SSD-Controller, die Lesegeschwindigkeit liegt bei weit über 100 MB/s.

In der Flash-Speichertechnik können die einzelnen Chips, die mehrere Gigabyte Speicherkapazität haben, zu Chip-Stapeln mit großer Speicherkapazität kombiniert werden. Flashspeicher werden in Hybrid-Fesplatten oder Solid State Disks (SSD) eingesetzt, aber auch in Speicherkarten für Arbeitsplatzrechner oder in schnellen Zwischenspeichern von Großrechnern; darüber hinaus aber vor allem in SIMMs, PC-Cards und PCMCIA-Karten, in Digitalkameras und MP3-Playern, USB-Sticks, Camcordern und Druckern, Tablet-PCs, Notebooks und Handhelds.

Flash-Speicher einer Compact-Flash-Speicherkarte, Foto: SanDisk

Es gibt spezielle Flash-Module für Notebooks, Laptops, PDAs, Drucker und andere Peripheriegeräte wie Digitalkameras. Die verschiedenen Ausführungen haben eine geschützte Bezeichnung und Schreibweise: Beispiele sind die Compact-Flash-Karte (CF), Smart Media Card, MemoryStick, Multi Media Card (MMC), die SD-Card u.a. mit Speicherkapazitäten von mehreren Gigabyte (GB).

Das Lesen von Flash Memories kann in speziellen Kartenlesegeräten durchgeführt werden oder auch über PC-Card-Adapter.