Jetzt zur Funktionsweise des Feldeffekttransistors:
Im Gegensatz zu den stromgesteuerten Bipolartransistoren sind Feldeffekttransistoren spannungsgesteuerte Schaltungselemente. Die Steuerung erfolgt über die Gate-Source-Spannung, welche zur Regulation des Kanalquerschnittes bzw. der Ladungsträgerdichte dient, d. h. des Halbleiter-Widerstands, um so die Stärke eines elektrischen Stromes zu schalten oder zu steuern.
Der Feldeffekttransistor kann fast leistungsfrei angesteuert werden und benötigt lediglich eine Steuerspannung. Dies gilt allerdings nur bei niedrigen Frequenzen, was bei schnellen Zugriffsraten natürlich problematisch wird.
Wenn nun das Gate mit Spannung angereichtert wird erhöht sich die anzahl frei beweglicher Elektronen in dem sonst nichtleitenden Halbleitermaterial. Der Wiederstand nimmt immer weiter ab. schließlich wird der Durchgang leitend.
Nun gegenüber dazu zur (etwas veränderten) Funktion des Flash-speicher EEPROMS:
Bei einem Flash-EEPROM-Speicher wird die Information in einer Speichereinheit in Form von elektrischen Ladungen auf einem "Floating-Gate" eines "Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistors" (MISFET) gespeichert. Die Ladungen beeinflussen, wie bei normalen MISFETs, die Ladungsträger im darunter liegenden Gebiet zwischen Source- und Drain-Kontakt, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Feldeffekttransistors beeinflusst wird. Der Speichereffekt wird dabei durch eine logische 0 erzeugt. Gelöscht wird die Einheit indem eine Löschspannung angelegt wird. Ist diese Ausreichend hoch tritt der quantenmechanische "Tunneleffekt" in ausreichendet Häufigkeit auf, damit Elektronen den das Floating Gate isolierenden Isolator passieren können. Das Bauteil wird darauhin wieder leitend.
Der umgekehrte Effekt wird durch Anlegen der Umgekehrten Spannung hervorgerufen.
Die einzelnen MISFETS können so Informationen auf kleinstem Raum fast verlustfrei speichern.
Mittwoch, 18. Mai 2011
Flashspeicher Teil 3
Weiter geht es heute mit dem Feldeffekttransistor. Hier eine schematishe Darsetllung ( Quelle Wikipedia)
Hier kann man die verschieden dotierten Halbleitermetalle erkennen. Im Falle dieses MOSFET ( Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ) Sind in eine postitiv dotierte Schicht die zwei negativ dotierte eingelassen. Es gibt auch Varianten, bei denen es genau umgekehrt gahandhabt wird. Über die Dotierung von Metallen und den dadurch entstehenden Halbleiter-Eigenschaften werde ich ebenfalls noch einen Blogeintrag machen. Nun aber zuerst zurück zu diesem winzigen Bauteil.
Hier ein bild eines klassischen Einzelbauteils. ein Transistor, wir man ihn auf vielen Platinen findet:
Im vergleich dazu ist ein Feldeffekt-Transistor unglaublich winzig. Feldeffekttransistoren treten also auch nicht einzeln, sondern in Gattern auf "Platinen" sogenannten "Wavern" auf und sind elemente dieses Bauteils. Entweder von Integrated Circuits oder von Prozessoren. Eine einzelne transistoreinheit ist dabei mit blossem Auge nicht zu erkennen. Durch die Verbesserung der Herstellungsverfahren nimmt die Größe der Transistoren zudem immer weiter ab.
Laut meiner Rechnung befinden sich auf der neusten Generation der Intel-Prozessoren, der i7 ( Gulftown ) - Serie auf einem Milimeter 1,61 Millionen solcher Einheiten. Eine Vergrößerte Aufnahme des Prozessors erinnert dabei stark an die Luftaufnahme einer Großstadt mit ihren Blogs.
Im nächsten Blogeintrag geht es dann um die Funktionsweise des Feldeffekttransistors.
Hier ein bild eines klassischen Einzelbauteils. ein Transistor, wir man ihn auf vielen Platinen findet:
Laut meiner Rechnung befinden sich auf der neusten Generation der Intel-Prozessoren, der i7 ( Gulftown ) - Serie auf einem Milimeter 1,61 Millionen solcher Einheiten. Eine Vergrößerte Aufnahme des Prozessors erinnert dabei stark an die Luftaufnahme einer Großstadt mit ihren Blogs.
Im nächsten Blogeintrag geht es dann um die Funktionsweise des Feldeffekttransistors.
Montag, 16. Mai 2011
Flash Speicher Teil 2
Nun zu den Knallharten Technischen Details: Ein EEPROM - Speicher besteht aus einer Matrix von Feldeffekttransistoren. Ok. Was ist ein Feldeffekt-Transistor?
Oder Besser: was ist ein Transistor? Ein Transistor ist ein elektronsiches Bauteil, das zum Schalten oder Verstärken von eletronischen Signalen verwendet werden kann. Einen Transistor kann man sich wie einen automatischen Schalter vorstellen, der wenn jeh nach Bauart Strom angelegt wird, oder nicht an oder aus ist.
Dabei gibt es keinerlei mechanische bewegung innerhalb des Bauteils.
Das gleiche kann auch die Elektronenröhre, benötigt dabei allerdings viel mehr Energie und reagiert aufgrund ihrer Baugröße langsamer.
Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Transistortypen mit unterschiedlichen Verwendungszwecken. Der Typ, der für den Flash-Speicher relevant ist nennt sich Feldeffekt-Transistor. Daneben gibt es noch als Hauptvertreter der anderen Gattung den Bipolartransistor. Der Feldeffekttransistor ist das Bauteil, dass den großteil des Computerprozessors ausmacht. Er eignet sich hervorragend zur Miniaturisierung und wird durch das Aufbringen verschiedener Metallschichten auf entsprechende Träger "gebaut". Er funktioniert von Prinzip her aber genau so, wie jeder andere Transistor auch.
Oder Besser: was ist ein Transistor? Ein Transistor ist ein elektronsiches Bauteil, das zum Schalten oder Verstärken von eletronischen Signalen verwendet werden kann. Einen Transistor kann man sich wie einen automatischen Schalter vorstellen, der wenn jeh nach Bauart Strom angelegt wird, oder nicht an oder aus ist.
Dabei gibt es keinerlei mechanische bewegung innerhalb des Bauteils.
Das gleiche kann auch die Elektronenröhre, benötigt dabei allerdings viel mehr Energie und reagiert aufgrund ihrer Baugröße langsamer.
Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Transistortypen mit unterschiedlichen Verwendungszwecken. Der Typ, der für den Flash-Speicher relevant ist nennt sich Feldeffekt-Transistor. Daneben gibt es noch als Hauptvertreter der anderen Gattung den Bipolartransistor. Der Feldeffekttransistor ist das Bauteil, dass den großteil des Computerprozessors ausmacht. Er eignet sich hervorragend zur Miniaturisierung und wird durch das Aufbringen verschiedener Metallschichten auf entsprechende Träger "gebaut". Er funktioniert von Prinzip her aber genau so, wie jeder andere Transistor auch.
Flash Speicher
Heute möchte ich mich mit dem Medium mit der höchsten Speicherdichte beschäftigen. - Dem Flash - Speicher.
So zuerst einmal etwas zur Entwicklung dieser Technologie, die dem Laien unter dem Namen USB - Stick bekannt ist. Was weis ich bis jetzt darüber? Nun diese anfangs relativ unzuverlässige Technologie hat sich an Moores Gesetz gehalten uns seine Speicherdichte ist explodiert. Ich kann mich noch an die guten alten 50 - 500 Mb zeiten erinnern, was ich für diese kleinen Dinger bereits für ausserordentlich halte. Mittlerweile passen auf einen handelsüblichen "Stick" bis zu 20 Gb. Oder ist es schon wieder mehr? 200? - Noch mehr?
Wie gesagt diese Entwicklung finde ich erstaunlich. Nun, wie funktioniert das und brauchen wir eigentlich noch magnetische und optische Speichermedien?
Beginnen wir doch mit den technischen Details: Laut Wikipedia lautet die exakte Bezeichnung EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ) also elektrisch löschbarer, programmierbarer " Nur-Lese-Speicher". Also das mit dem "Nur-Lese-Speicher" kommt schonmal von den guten alten Zeiten der Entwicklung der ROM speicher.
Ok zugegeben. ich weis, das es sich um einen mikroeletrischen Baustein handelt, der mit Mikrotransistoren arbeitet. Mit wirklich kleinen Transistoren, die schon mit quantenmechanischen Effekten Arbeiten.
Ich glaube ich werde mich dieses Themas genauer annehmen und auch den technischen Aufbau genauer untersuchen. Ich werde mich dabei wieder an Wikipedia orientieren. und was mich stört, oder meiner Meinung nach fehlt ergänzen.
Weiter gehts mit Teil 2
So zuerst einmal etwas zur Entwicklung dieser Technologie, die dem Laien unter dem Namen USB - Stick bekannt ist. Was weis ich bis jetzt darüber? Nun diese anfangs relativ unzuverlässige Technologie hat sich an Moores Gesetz gehalten uns seine Speicherdichte ist explodiert. Ich kann mich noch an die guten alten 50 - 500 Mb zeiten erinnern, was ich für diese kleinen Dinger bereits für ausserordentlich halte. Mittlerweile passen auf einen handelsüblichen "Stick" bis zu 20 Gb. Oder ist es schon wieder mehr? 200? - Noch mehr?
Wie gesagt diese Entwicklung finde ich erstaunlich. Nun, wie funktioniert das und brauchen wir eigentlich noch magnetische und optische Speichermedien?
Beginnen wir doch mit den technischen Details: Laut Wikipedia lautet die exakte Bezeichnung EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ) also elektrisch löschbarer, programmierbarer " Nur-Lese-Speicher". Also das mit dem "Nur-Lese-Speicher" kommt schonmal von den guten alten Zeiten der Entwicklung der ROM speicher.
Ok zugegeben. ich weis, das es sich um einen mikroeletrischen Baustein handelt, der mit Mikrotransistoren arbeitet. Mit wirklich kleinen Transistoren, die schon mit quantenmechanischen Effekten Arbeiten.
Ich glaube ich werde mich dieses Themas genauer annehmen und auch den technischen Aufbau genauer untersuchen. Ich werde mich dabei wieder an Wikipedia orientieren. und was mich stört, oder meiner Meinung nach fehlt ergänzen.
Weiter gehts mit Teil 2
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