반도체 2 - DRAM 과 FLASH 의 차이점은 ?

2022.06.25 - [self.반도체&전자회로 공부] - 반도체 1 - 반도체의 종류와 각각의 설명

반도체 2 - DRAM 과 FLASH 의 차이점은 ?

 

DRAM과 FLASH은 데이터를 저장할 수 있는 대표적인 메모리 반도체이다. 하지만 두 반도체는 서로 다른 장점과 특징을 갖고 있고 많은 구조적 차이점이 있어 응용되는 곳이 서로 다르다.

 

DRAM과 FLASH의 차이점은 무엇이 있고 어디에 사용되는지 공부해보자.

 

1. 휘발성

가장 잘 알려진 차이점은 바로 데이터의 휘발성(volatile)이다.

 

DRAM과 FLASH 모두 데이터 '저장'이 가능하지만 DRAM의 경우에는 정말 짧은 시간 동안만 저장이 가능하여 주기적으로 refresh 라는 동작을 수행해야한다.

FLASH는 원한다면 반영구적인 저장도 가능하다.

 

메모리 반도체는 각각의 'cell'이 전자를 갖고있는지 아닌지에 따라 0과 1로 데이터를 저장한다.

 

DRAM의 경우 전자가 이동하기 쉬운 도체 '캐패시터'에 저장하기 때문에 전자를 저장해도 빠져나가기가 쉽다.

FLASH의 경우에는 '플로팅 게이트'에 전자를 저장하는데, 플로팅 게이트 자체는 부도체가 아니지만 절연막으로 둘러싸여 있기 때문에 전자가 빠져나가기 힘들다.

글 아래에 예전에 만들어 두었던 그림 자료가 있다.

 

전자를 저장하려면 각 cell의 gate에 전압(power)를 인가해주어야 한다. 그래서 dram의 경우에는 power가 사라지면(전원을 꺼버리면) 바로 정보가 날아가게 되는 것이다.

 

그래서 DRAM은 휘발성이고 NAND는 비휘발성 이라고 한다.

 

 

2. 데이터 처리 속도

바로 위에서 말했듯이 반도체에서 데이터는 전자의 이동으로 처리된다.(Write, Erase, Read 등...)

그러면 당연히 전자의 이동이 수월한 DRAM에서 데이터 처리 속도가 FLASH에 비해 빠르다는 것을 알 수 있다.

 

데이터 처리 속도 : DRAM >> FLASH

 

 

 

 

 

 

3. 구조적 차이점(동작 방식의 차이)

 

DRAM

 

DRAM에서 하나의 cell은 1Tr + 1C (하나의 트랜지스터 + 하나의 캐패시터) 라고 할 수 있다. 캐패시터는 도체이다.

 

Write 동작을 생각해 보았을 때 트랜지스터 on을 위해 word line 을 통해서 게이트에 문턱전압(V_th) 이상의 전압을 전달하면 전자의 이동이 가능해지는 상태가 된다. 거기서 bit line에 전압을 인가해주면 전하가 캐패시터에 몰리게 되면서 데이터를 저장하게 되는 것이다.

 

 

 

 

FLASH에서 하나의 cell은 1Tr 이다. Control gate와 Floating gate로 gate가 두 개로 구성되어 있다.

 

Floating gate는 위에서도 말했듯이 절연체로 둘러싸여 있어서 전자의 이동이 어렵다.

Write 동작을 생각해 보았을 때 트랜지스터 on을 위해 word line 을 통해서 Control gate에 문턱전압 이상의 큰 전압을 인가해주면 절연막을 뚫고 플로팅 게이트로 전하가 들어오게 되면서 데이터를 저장하는 것이다.

 

플로팅 게이트는 폴리 실리콘이었는데 이후 부도체인 SiN 으로 재질이 변경되면서 차지 트랩 플래시 형태로 발전한다.

전하를 저장하는 공간이 완전 부도체로 바뀌면서 누설전류가 감소하였기 때문에 더 신뢰성이 높은 플래시라고 볼 수 있다.

 

 

 

4. 용도

DRAM 은 PC의 주기억장치로(RAM) CPU로부터 전송된 데이터를 임시 보관하는 역할을 한다. 그 외에도 당연히 스마트폰에도 들어간다.(LDDR)

 

FLASH는 데이터의 반영구적인 저장이 가능하기 때문에 PC에서 사용하는 SSD나 USB 등 에 사용되고 있다.