定义
Flash存储器是一种可在断电后保持数据、并能通过电信号反复擦除与重新写入的半导体存储器件。[1]在存储器的分类中，它与动态随机存取存储器等挥发性存储器相对，属于非易失性存储器，即保存数据本身不需要持续供电。[4]技术谱系上，它由电可擦可编程只读存储器演化而来，两者的关键差别在于擦除的粒度：一般电可擦可编程只读存储器可按字节擦写，而Flash以较大的区块为单位整块擦除，由此获得更高的集成密度与更低的单位成本。[4]
原理
Flash的存储单元是一个带有额外浮栅的金属氧化物半导体场效应晶体管，由衬底、源极、漏极、隧穿氧化层、浮栅、控制氧化层和控制栅构成。[5]浮栅被绝缘氧化层包围，与周围电路绝缘，因此注入其中的电子在断电后仍能长期滞留。[6]当浮栅积聚电子时，需要更高的控制栅电压才能使沟道导通，即阈值电压升高；浮栅无电子时阈值电压较低。[6]读出时在控制栅施加介于两种阈值之间的电压，依据源漏之间是否导通即可判断该单元记录的是"0"还是"1"。[6]
书写与擦除依靠电子穿过薄氧化层的隧穿效应实现。写入时向控制栅施加高电压，把沟道附近的电子经隧穿氧化层注入浮栅；擦除时施加反向电压，将浮栅中的电子拉出，使单元回到低阈值状态。[6]由于浮栅上的电荷量可以分成多个等级，单个存储单元能够记录多于一位的数据，这类单元被称为多值单元。[7]
发展历程
浮栅型非易失性半导体存储器的结构设想最早由贝尔实验室的研究者于1967年提出，为后来的Flash奠定了器件基础。[5]早期的非易失存储器存在明显缺陷：1971年出现的浮栅雪崩注入型器件需要用紫外线照射20至30分钟才能整片擦除，封装上还须留出透光窗口；1980年问世的浮栅隧穿氧化层器件虽可电擦除，但每个存储位需要两个晶体管，集成度难以提高。[7]
1984年12月，时任东芝公司研究人员的舛冈富士雄在IEEE国际电子器件会议上发表了采用三层多晶硅结构的NOR型存储单元，其特点是可对存储器进行电学一次性整块擦除，Flash这一名称即源于其相对早期器件极快的擦除速度。[7]这种做法去掉了每个单元的选通晶体管，在提高集成度的同时也降低了成本。[7]1988年，舛冈进一步发表了把存储单元串联连接的NAND型结构，除接触孔外单元晶体管依次串接，集成度大幅提升。[7]
此后多值单元技术和芯片减薄堆叠封装技术相继推进，容量不断增大而每比特成本持续下降。[7]为突破平面工艺的密度限制，业界转向把存储单元垂直堆叠的立体结构，即三维NAND，在相同硅片面积上实现更高容量并降低功耗。[3]
应用
Flash按阵列连接方式主要分为NOR型和NAND型两类，二者用途分工明显。NOR型的存储单元并联于位线与地之间，支持随机访问和芯片内执行，程序存放在其中不必先搬移到随机存取存储器即可运行，读取可靠，因而适合储存启动代码和固件，常见于手机、汽车电子、工业控制和通信设备。[1]NAND型把单元串联连接，虽不能随机访问，但单元面积小、容量大、成本低，适合大块数据存储，是U盘、存储卡和固态硬盘的核心介质。[3]
在消费电子领域，Flash被用于数码相机、便携式音乐播放器、机顶盒、智能手机等设备的存储。[8]基于NAND型Flash的固态硬盘凭借读写速度快和抗震动能力，成为个人计算机与数据中心存储升级的选择。[9]在嵌入式方向，NOR型Flash仍承担微控制器、物联网设备等的代码存储任务。[10]
局限
擦除粒度是Flash最本质的限制。它可以按字节或页读取与写入，但擦除必须以区块为单位，写入前目标区块须先被擦除，无法对已有数据任意原地改写。[11]因此需要在区块之间分散写入操作，配合损耗均衡和坏块管理等机制来延长器件寿命。[4]
擦写次数有限是另一项制约。多数商用单值单元Flash对可擦写区域保证约十万次擦写，其他区块并不保证，超过限度后数据保持能力会退化，因此不适合需频繁大量改写的高可靠数据存储场合。[4]此外，读取时施加的电压可能对未被选中的单元造成干扰，即读取干扰，也是设计中需要考虑的问题。[4]
在工艺层面，尺寸继续微缩使隧穿氧化层变薄，对浮栅电荷的保护能力下降，反复擦写后容易漏电，单元之间的电容耦合干扰也随之加剧；写入速度相对较慢、工作电压较高，都限制了其进一步缩小。为应对这些极限，业界一方面改进现有的浮栅技术，另一方面探索铁电存储器、磁存储器、相变存储器和阻变存储器等新型非易失存储技术。
参见
参考资料
- Securing Flash Technology [引用日期2026-10-14]
- Flash memories | IEEE Technology Navigator [引用日期2026-10-14]
- 闪存芯片 [引用日期2026-10-14]
- [科普中国]-非易失性内存 [引用日期2026-10-14]
- [科普中国]-非挥发性存储器 - 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们 [引用日期2026-10-14]
- 快閃記憶體的原理：我們常用的 USB 記憶體與記憶卡——《圖解半導體》 [引用日期2026-10-14]
- 1984 [引用日期2026-10-14]
- google.com 上的网页 [引用日期2026-10-14]
- 2026年全球存储芯片行业洞察：从“配角”到“战略物资”，AI重塑存储价值链 [引用日期2026-10-14]
- giantec-semi.com 上的网页 [引用日期2026-10-14]
- Flash Memory - Chapters and Articles [引用日期2026-10-14]