フラッシュメモリの仕組み

USBメモリやSSDといったフラッシュメモリの仕組みをわかりやすく説明した記事が日経PC onlineにありました。紹介しておきます。

日経PC online：なぜ消えるのか、劣化するのか USBメモリは10年もつか

フラッシュメモリっていうのは、なんか半導体の中に電子をためるものが並んでいるんだという認識でしかなかったですが、どうやって電子を閉じ込めているのか、電子の出し入れはどうやっているのか、ということはまるで知りませんでした。

この記事によると、絶縁体で囲まれた浮遊ゲートと呼ばれるものに強い電圧(20V)をかけると電子が入り込み、電子を閉じ込めるというのがフラッシュメモリの記録方法なんだとか。

なんで電圧をかけると電子が絶縁体を通り抜けるのか？というのは、トンネル効果を利用しているそうで、電圧をかけるほど電子の通り抜ける確率が増加するため、閉じ込められる電子の量が増加するそうです。

トンネル効果というのはなんぞや？ですが、たとえば、大量の人がベルリンの壁めがけて走っていくと全員ノックダウンしてしまいますが、これが原子・電子の大きさの世界ではこのうち何人かが通り抜けてしまう、という現象が起こります。これをトンネル効果と呼んでますね。

大学の量子力学の授業では、このトンネル効果の起こる確率をあらわす数式なんかが出てきたりして非常に頭の痛い思いをしたことがあります。ベルリンの壁にぶつかるよりダメージが大きかったような(笑)

まあそれはともかく、こうして電子を閉じ込めて、どうやってそれを検知するのかと思いきや、読み込み時は弱い電圧(5V程度)をかけて、この浮遊ゲートを流れる電流値を読み取るんだとか。

電子の量に応じて流れる電流値が変わるため、この違いからそのセル(浮遊ゲート)に記録があるかないかを読み取るんだそうな。

単純に”ある”か”ない”かの違いを見る(つまり一個のセルで0と1の区別しかしない)ものを”SLC”、電流値をもうすこし厳密に読み取り、数段階の記録として読み取るものを”MLC”とよんでますが・・・これは以前記事に書いたような。

問題は、その浮遊ゲートを囲む絶縁体が何度か電圧をかけていくうちに劣化して、そのセルは使い物にならなくなるという現象が起こってしまうこと。これがフラッシュメモリの寿命なんだそうで。

また、電圧のかかっていない状態でも、低い確率とはいえ電子がトンネル効果で飛び出していってるため、長時間放置すると記録が消えてしまうんだとか。つまりフラッシュメモリは長期保存に向かないんだそうで。

SSDを使っておられる方は、一度この記事をじっくり読んだほうがいいですね。勉強になります。