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本文將帶你了解固態硬盤（SSD）是如何寫入、擦除和讀取數據的，以及主控和閃存顆粒都起到哪些作用。

SSD的最基本存儲單元：浮柵晶體管

固態硬盤的核心存儲介質是NAND閃存顆粒，其基本單元為浮柵晶體管。與機械硬盤的磁記錄原理不同，SSD通過控制電子在半導體結構中的囚禁與釋放，將數據編碼為二進制狀態（0或1），實現非易失性存儲，即斷電后數據不丟失。

浮柵晶體管的構造

浮柵晶體管是一種特殊的金屬-氧化物-半導體場效應管（MOSFET），其核心結構分為四層：

控制柵極：外部施加電壓的電極，用于控制電子進出。

絕緣層：包裹浮柵的高質量二氧化硅，阻止電荷自然泄漏。

浮柵層：懸浮的電荷存儲層，由多晶硅構成，用于囚禁電子。

P型襯底：包含源極（Source）與漏極（Drain），形成電流通道。

浮柵被上下絕緣層完全隔離，一旦電子進入，無外部電場作用時無法逃逸。當浮柵層中的電子高于中間值時，被記值為0；反之，則被記值為1。

寫入數據

需要寫入數據時，主控會在控制極G施加一個高壓，讓來自源極的電子可以穿過隧穿層，進入浮柵層。因為有絕緣層的存在，電子無法繼續向前移動，就被囚禁在了浮柵層。

而當我們把電壓撤去，這些電子依然會被囚禁在浮柵層，因為隧穿層本質上也相當于絕緣體，就這樣一位數據被存儲了。

擦除數據

那么如果之前寫入了“0”，現在想改寫成“1”，能直接在原來的位置上操作嗎？答案是：不能！由于NAND閃存的物理結構限制，浮柵被絕緣層包圍，電子無法直接“覆蓋”，必須通過擦除操作釋放電荷，才能重新寫入數據。

因此，想要在NAND中寫入新數據，必須先擦除數據。其本質就是在釋放電子，通過在P型襯底上施加高壓，從而吸出電子。

值得注意的是，由于整個塊都共用一個P型襯底，因此閃存都是以“塊”為單位進行擦除數據的。

讀取數據

當需要讀取數據時，主控就會往控制極G施加一個較低的電壓，將源極和漏極導通。由于電壓較低，電子只能被吸引到靠近隧穿層的位置，卻無法穿過隧穿層，因而源極漏極可以導通，形成電流。而存儲0的浮柵層會比存儲1的浮柵層有更多的電子，從而抵消控制極較低的電壓，控制極需要更大的電壓才能導通源極和漏極。

根據以上原理，主控可以通過閾值電壓的不同，來判斷浮柵中是否有電子。將單元中的電壓與閾值電壓進行比較，高于閾值電壓識別為“0”，低于閾值電壓識別為“1”。

*每單元存儲比特越大，主控識別的難度越高

一片指甲蓋大小的閃存顆粒，就能包含2萬億個浮柵晶體管；它們堆疊在一起，存儲著海量的0和1。這是人類工程學造就的奇境：方寸之間，盛放著一個能映照現實、編碼想象的的廣闊信息世界。

關于天碩(TOPSSD)

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