Флаш паметта е електронна памет, която намира широко приложение в редица устройства – мемори карти, USB флаш памети, цифрови камери, мобилни телефони,
цифрови плейъри, PDA устройства, лаптопи и други. Тя е специален тип EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), която се изтрива и програмира на парчета (блокове) – в миналото е трябвало да се изтрие цялата памет наведнъж. Флаш паметта е също известна като Solid State памет, тоест не съдържа движещи се части – всичко е електронно вместо механично. Поради липсата на механика тя е много по-издръжлива на удар и сътресения отколкото е хард дискът. Друго предимство е че за съхранението на записаната информация не е нужна електроенергия, тоест флаш паметта е не-летлива памет. Освен това осигурява бърз достъп до записаните данни. Основен елемент във флаш паметта е MOS транзисторът.
MOS Транзистор
Транзисторът е полупроводников елемент най-често използван за усилване или за превключване на електрически сигнали. Тук ще говорим за един специален вид транзистори наречени MOS – Metal-Oxide-Semiconductor (метал-оксид-полупроводник).
MOS транзисторът има три извода (електрода) – сорс (source – източник), дрейн (drain – оттичам се) и гейт (gate – врата). Между дрейна и сорса съществува канал, по който или тече ток или не тече. От това съответно се определят и двете състояния на транзистора – отпушено и запушено. Според това какви са основните токоносители MOS-транзисторите се делят на такива с n-канал (основните токоносители са електрони) и с p-канал (основните токоносители са дупки – липса на електрони). Транзисторът се изгражда върху полупроводникова подложка. Гейтът се намира между дрейна и сорса, но и над тях. Той е отделен от тях чрез много тънък слой (около 90nm) диелектрик (изолатор – не провежда ток) – SiO2. С помощта на гейтът се контролира канала на транзистора. Когато му се подаде напрежение каналът се отпушва и протича ток между дрейна и сорса, а когато не е подадено каналът се разрушава и ток не протича – транзистора е запушен. Както се вижда без да има подадено напрежение на гейтът няма как да се помни дадена информация. Това означава че в момента в който спрем захранването транзисторът се запушва. За да решим този проблем използваме специален вид транзистор наречен – транзистор с плаващ гейт.
Транзистор с плаващ гейт
Транзисторът с плаващ гейт е MOS-транзистор с допълнителен гейт наречен плаващ (floating). Плаващият гейт е изграден в p-проводимата (пропуска дупки – липса на електрони) област на управляващият гейт (този който управлява канала). Самият плаващ гейт е n-проводим (пропуска електрони) и е нанесен върху много тънък (около 10nm) слой диелектрик – SiO2. Този допълнителен гейт се използва за съхранение на електрони. Ако в него няма съхранени електрони, то при подаване на напрежение към управляващият гейт транзисторът ще се отпуши (това състояние съответства на логическа нула), но ако в него има съхранени електрони то транзисторът ще остане запушен (това състояние съответства на логическа единица). Тоест ние много лесно можем да разберем дали има електрони в плаващия гейт или няма – подаваме напрежение на управляващия гейт и проверяваме дали е протекъл ток между дрейна и сорса.
По този начин транзисторът с плаващ гейт може да се използва като запомнящ елемент във флаш паметта. Той запомня един бит информация (логическа единица или логическа нула). Електроните в плаващият гейт могат да се съхраняват неограничен период от време. Натрупването им в плаващият гейт може да стане по следния начин: на сорса и на управляващия гейт се подава високо напрежение и така електроните успяват да пробият тънкия диелектрик и да навлязат в плаващия гейт. Този метод се нарича метод на инжекция на горещи електрони. Когато искаме да премахнем тези електрони от там, ние подаваме високо отрицателно напрежение на управляващия гейт, а на дрейна – положително. По този начин електроните пробиват обратно през диелектрика и навлизат в дрейна. Един от недостатъците на еднотранзисторния елемент е че поради високите напрежения свързващите проводници трябва да са достатъчно раздалечени и това води до неефективно използване на пространството на полупроводниковия кристал (върху който се изграждат транзисторите).
Multi-level cells
Съществуват клетки за запис, в които може да се запише информация по-голяма от един бит. 
Те се наричат Multi-level cells или MLC. За разлика от Single-level cells (SLC), тук е възможно съхранението на повече от едно ниво на заряда. Днес повечето такива клетки имат четири състояния, благодарение на което могат да съхраняват два бита информация. За правилната работа на MLC са нужни три неща: точна промяна на съхранявания заряд, прецизно измерване на този заряд (за да се разпознае точно каква информация е записана) и правилно съхранение на заряда за да не се променя с времето. Недостатъци на MLC са по-ниската скорост, по-високата консумация и по-големия bit error ratio (BER), тоест повече грешки, което изисква по-сложен алгоритъм за премахването им. Предимството на тази технология е това че се постига до 1,95 пъти по-добра мащабируемост (по-добро използване на пространството).
Начини за връзка на транзисторите
За да изградим една флаш памет са ни нужни множество транзистори които да свържем по някакъв начин за да работят заедно. Целта ни ще е те да работят колкото се може по-бързо и да заемат колкото се може по-малко място за да може флаш паметта да е бърза и малка. Най-известните начини за свързване на транзисторите са архитектурите NAND и NOR. И двете архитектури са създадени от д-р Fujio Masuoka през 1980 година, докато работел за компанията Toshiba. Той се смята за изобретателят на флаш паметта. Името флаш (flash – светкавица) е измислено от неговия колега Shoji Ariizumi (понеже процеса на изтриване на паметта му напомняло на светкавица от фотоапарат). Освен NAND и NOR съществуват и други архитектури – AND, DINOR.
NAND флаш памети
При NAND флаш паметите транзисторите са свързани последователно, което спестява много място. Сорсът е свързан към дрейнът на следващия транзистор в колоната. Гейтовете на всеки транзистор са свързани към word линията на дадения ред. За да се осъществи достъп до определен бит, първо се подава напрежение на съответната word линия – активират се всички транзистори от дадения ред. След това е нужно останалите транзистори да бъдат в такова състояние че да пропускат електричество по начин независим от техните стойности. Така при четене на данни безпроблемно протича електричество по цялата серия последователо свързани транзистори, до достигане на избрания бит за четене. По този начин информацията от избраните битове за четене се появява на bit линията. Предимства на тази архитектура са бързият запис и изтриване на данни и по-добрата мащабируемост.
NOR флаш памети
NOR флаш паметите са изградени от еднотранзисторни елементи подредени в матрица. Те образуват клетки и блокове. Запомнящите елементи се управляват по трите електрода – word линия, source линия и bit линия. Всички елементи от една клетка се управляват едновременно. Техните гейтове са свързани към общ проводник. Това означава че за достъп до даден елемент е нужно първо да се подаде положително напрежение на word линията на целия ред в който се намира. Информацията в дадения бит се прочита по съответната му bit линия – там са свързани сорсовете. Дрейновете са свързани към маса. NOR флаш паметите използват метода на инжекция на горещи електрони (който е описан по-горе). Схемата реализира логическата функция ИЛИ-НЕ (NOR). При прочит на един бит точно неговата стойност се появява на съответната bit линия, понеже останалите word линии са неактивни. Предимства на тази архитектура са бързия достъп и прочит на дадена клетка. Недостатъци са бавният запис и изтриване. Например компанията Micron е публикувала стойности на време за изтриване на 128KB блок от NOR памет, това става за 750ms, докато при NAND памет отнема само 2ms. Друг недостатък е лошата мащабируемост. Тя се дължи на това че към всеки запомнящ елемент е нужно да се подаде отделен контакт.
DINOR (Divided bit-line NOR) флаш памети
При тези флаш памети имаме добър произволен достъп на данни, бързо изтриване на блоковете и ниска консумация. За запис се използва метода на инжекция на горещи електрони.
AND флаш памети
AND комбинира предимствата на NAND и NOR. Има висока скорост на изтриване на данни, ниска консумация и малка големина на блоковете.
