Speicherzelle

Eine Speicherzelle ist ein Speicherelement für zwei Bits, sie kann also zwei Zustände speichern. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer 1-Bit-Speicherzelle, oder Bitzelle. Es gibt aber auch Speicherzellen für 1 Byte, die aus acht Speicherelementen bestehen.


Je nach Speichertechnologie ist auch die Speicherzelle unterschiedlich konzipiert. So besteht die Speicherzelle eines Dynamic Random Access Memory (DRAM) oder Ferro-RAM (FRAM) aus einem Transistor, in aller Regel ein Feldeffekttransistor (FET), der als Schalttransistor arbeitet, und einem MOS-Kondensator, in dem die Ladung gespeichert wird. Solche Speicherzellen werden als 1T1C-Speicherzellen bezeichnet. Es gibt allerdings auch Speicherzellen, die aus zwei Transistoren und zwei MOS-Kondensatoren bestehen, die heißen 2T2C-Speicherzellen. Der Transistor einer Speicherzelle wird über zwei Leitungen gesteuert: die Bitleitung und die Wortleitung. Im Falle der Ladungsspeicherung wird der Transistor über die beiden Steuerleitungen geschaltet und lädt den Kondensator über die Schreib-/Leseverstärker. Ausgelesen wird die Ladungsinformation in umgekehrter Richtung. Der Ladungszustand wird an die I/O-Logik übergeben.

1T1C-Speicherzelle, ein Transistor, eine Kapazität

1T1C-Speicherzelle, ein Transistor, eine Kapazität

Ein Flash-Speicher arbeitet mit einem MOSFET, der sich durch seine Hochohmigkeit auszeichnet. Ein solcher MOSFET besteht aus drei Siliziumelektroden, dem Gate, der Drain und der Source. Über einen solchen hochohmigen Schalter wird ein Kondensator geladen. MOSFETs erreichen im Gegensatz zu bipolaren Transistoren einen stabilen Zustand, der leitend oder nichtleitend sein kann. Da aber an das Gate weitere Schaltungskomponenten angeschlossen sind, entlädt sich das Gate, sobald die Schaltung nicht mehr mit Strom versorgt wird. Dies wird bei der Flash-Speicherzelle dadurch verhindert, dass in die nichtleitende Isolierschicht zwischen Control-Gate und Substrat eine weitere Elektrode eingebaut wird, das Floating-Gate. Es hat keinen Anschluss und fungiert als Ladungsspeicher. Sobald man eine Ladung auf das Floating-Gate aufgebracht hat, bleibt sie dort erhalten und verhindert das Abfließen der Kondensatorladung. Dadurch behält der Flash-Speicher auch nach dem Ausschalten seinen Zustand.

Speicherzelle eines MRAM mit freimagnetisierbarer und fester magnetischer Schicht

Speicherzelle eines MRAM mit freimagnetisierbarer und fester magnetischer Schicht

Das Floating-Gate selbst wird mit einem quantenmechanischen Effekt gesteuert, bei dem durch eine höhere positive Spannung ein Tunnel gebildet wird, über den einige Elektroden aus dem Source-Gate zum Floating-Gate wandern.

Eine ähnliche Technik ist Charge-Trap-Flash (CTF), die zunehmend in Flash-Speichern eingesetzt Alternativ zur Floating-Gate-Technologie wird in NAND-Flashs zunehmend eine Technologie eingesetzt, die sich Charge-Trap-Flash (CTF) nennt und mit der höhere Speicherdichten erreicht werden können.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Speicherzelle
Englisch: memory cell
Veröffentlicht: 06.09.2017
Wörter: 383
Tags: #Speichertechnik
Links: Anschluss, Bit (binary digit), Bitzelle, Byte, CTF (charge trap flash)