플래시 메모리(2013, 6월모평A)*

플래시 메모리는 수많은 스위치들로 이루어지는데, 각 스위 치에 0 또는 1을 저장한다. 디지털 카메라에서 사진 한 장은 수 백만 개 이상의 스위치를 켜고 끄는 방식으로 플래시 메모리에 저장된다. 메모리에서는 1비트의 정보를 기억하는 이 스위치를 셀이라고 한다. 플래시 메모리에서 셀은 그림과 같은 구조의 트랜지스터 1개로 이루어져 있다. 플로팅 게이트에 전자가 들어 있는 상태를 1, 들어 있지 않은 상태를 0이라고 정의한다.

플래시 메모리에서 데이터를 읽을 때는 그림의 반도체 D에 3V의 양(＋)의 전압을 가한다. 그러면 다른 한 쪽의 반도체인 S로부터 전자들이 D 쪽으로 이끌리게 된다. 플로팅 게이트에 전자가 들어 있을 때는 S로부터 오는 전자와 플로팅 게이트에 있는 전자가 마치 자석의 같은 극처럼 서로 반발하기 때문에 전자가 흐르기 힘들다. 한편 플로팅 게이트에 전자가 없는 상태에서는 S와 D 사이에 전자가 흐르기 쉽다. 이렇게 전자의 흐름 여부, 즉 S와 D 사이에 전류가 흐르는가로 셀의 값이 1인지 0인지를 판단한다.

플래시 메모리에서는 두 가지 과정을 거쳐 데이터가 저장된다. 일단 데이터를 지우는 과정이 필요하다. 데이터 지우기는 여러 개의 셀이 연결된 블록 단위로 이루어진다. 블록에 포함된 모든 셀마다 G에 0V, p형 반도체에 약 20V의 양의 전압을 가하면, 플로팅 게이트에 전자가 있는 경우, 그 전자가 터널 절연체를 넘어 p형 반도체로 이동한다. 반면 전자가 없는 경우는 플로팅 게이트에 변화가 없다. 따라서 해당 블록의 모든 셀은 0의 상태가 된다. 터널 절연체는 전류 흐름을 항상 차단하는 일반 절연체와는 다르게 일정 이상의 전압이 가해졌을 때는 전자를 통과시킨다.

이와 같은 과정을 거친 후에야 데이터 쓰기가 가능하다. 데이터를 저장하려면 1을 쓰려는 셀의 G에 약 20V, p형 반도 체에는 0V의 전압을 가한다. 그러면 p형 반도체에 있던 전자 들이 터널 절연체를 넘어 플로팅 게이트로 들어가 저장된다. 이것이 1의 상태이다.

플래시 메모리는 EPROM과 EEPROM의 장점을 취하여 만든 메모리이다. EPROM은 한 개의 트랜지스터로 셀을 구성하여 셀 면적이 작은 반면, 데이터를 지울 때 칩을 떼어 내어 자외 선으로 소거해야 한다는 단점이 있다. EEPROM은 전기를 이용 하여 간편하게 데이터를 지울 수 있지만, 셀 하나당 두 개의 트랜지스터가 필요하다. 플래시 메모리는 한 개의 트랜지스터로 셀을 구성하며, 전기적으로 데이터를 쓰고 지울 수 있다. 한편 메모리는 전원 차단 시에 데이터의 보존 유무에 따라 휘발성과 비휘발성 메모리로 구분되는데, 플래시 메모리는 플로팅 게이 트가 절연체로 둘러싸여 있기 때문에 전원을 꺼도 1이나 0의 상태가 유지되므로 비휘발성 메모리이다. 이런 장점 때문에 휴대용 디지털 장치는 주로 플래시 메모리를 이용하여 데이터를 저장한다.

21. 윗글과 <보기>에 따라 플래시 메모리의 데이터 < 1 0 >을 < 0 1 >로 수정하려고 할 때, 단계별로 전압이 가해질 위치가 옳은 것은? [3점]

<보기>

* 두 개의 셀이 하나의 블록을 이룬다.

* 그림은 데이터 < 1 0 >을 저장하고 있는 현재 상태이고, ㉠～㉣은 20V의 양의 전압이 가해지는 위치이다.

21. 구체적 상황에 적용하기 

정답해설 : 3문단과 4문단에서 설명하듯 데이터의 저장은 두 단계를 거쳐 이루어진 다. 1단계에서는 데이터를 지워야 하는데, 이때는 블록에 포함된 모든 셀마다 G에 0V, p형 반도체에 20V의 전압을 가한다. <보기>에서 ㉠과 ㉡에 20V의 전압을 걸어 주는 것이다. 2단계로 데이터를 저장하려면 1을 쓰려는 셀의 G에 20V, p형 반도체에 0V의 전압을 가한다. <보기>에서 ㉣에 20V의 전압을 걸어 주는 것이다. 정답 ③

[오답피하기] ① p형 반도체에 20V의 전압을 걸면 플로팅 게이트의 전자가 p형 반도 체로 이동하고, G에 20V의 전압을 걸면 p형 반도체에 있던 전자가 플로팅 게이트로 이동하게 된다. 그러므로 1을 0으로 만들고, 0을 1로 만들기 위해 1단계에 ㉠과 2단 계에 ㉣에 전압을 걸어 준다고 생각할 수도 있다. 그러나 3문단에서 ‘데이터 지우기 는 여러 개의 셀이 연결된 블록 단위로 이루어진다.’라고 설명하고 있다. 즉 블록에 포함된 모든 셀을 0으로 만들고 난 뒤 쓰기를 하기 때문에 이는 적절하지 않다.