データの記録媒体として急速に存在感が高まっているのがフラッシュメモリー。フラッシュメモリーを内蔵する代表的な製品としては、パソコン間でデータをやり取りするUSBメモリー、デジタルカメラで使うメモリーカード、携帯音楽プレーヤーなどがある。ハードディスクの代わりとしてフラッシュメモリーを使ったSSD(solid state drive)を搭載するパソコンも増えている(図1)。

【フラッシュメモリーにデータを記録する機器が増えている】
図1 フラッシュメモリーとは電源を落としても情報を保持できる半導体チップのこと。USBメモリーやメモリーカード、携帯音楽プレーヤー、SSDなどフラッシュメモリーにデータを記録する機器が増えている
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 フラッシュメモリーの半導体チップは、パソコンのメインメモリーに使われるDRAMと見た目は似ているものの、機能は大きく異なる。パソコンのメインメモリーは電源を落とすとデータが消えてしまうが、フラッシュメモリーは電源を切った後もデータを保持できる。

 ハードディスクは機械の駆動部品を使うが、フラッシュメモリーは半導体チップの働きだけでデータを記録する。そのためハードディスクよりも衝撃に強いという特徴がある。USBメモリーをパソコンに挿したまま机にぶつけて端子が折れた、メモリーカードを折り曲げてしまったというような、明らかな破損でない限り、故障するケースは少ない。

データを保持する仕組み

 そうはいっても、フラッシュメモリーは永遠にデータを記録できる"万能の器"ではない。メモリー内部では電気的な方法でデータを保持しているが、そのデータは永遠に保持することはできず、5年から10年も放置すると消える可能性がある。さらに何度もデータ記録を繰り返すと劣化するという特性もある。

 書き込んだはずのデータがなぜ消えてしまうのか。その謎を解き明かすために、まずフラッシュメモリー内部の仕組みを見ていこう。

 フラッシュメモリーの内部で1ビットを記録するセル(素子)を拡大して見ると、中央部分に、絶縁体で囲まれた浮遊ゲートという小部屋がある(図2)。この小部屋の中に電子を出し入れすることで、データを記録しているのである。

【絶縁体で区切られた部屋の中に電子を入れてデータを記録】
図2 1ビットのデータを記録するセルを横から見た断面図。絶縁体で区切られた「浮遊ゲート」に、電子を引き込んだ状態を「0」、電子がない状態を「1」としてデータを記録する。長期間放置すると内部の電子が逃げ出してエラーの要因となる。読み書きを読み書きを繰り返すと絶縁体が劣化し、エラーとなる場合もある
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 電子をためる際には、上の制御ゲートに20V程度の電圧をかける。そうすると、下の半導体部分から電子が集まり、浮遊ゲートの内部に入っていく。通常、電子は絶縁体を通り抜けることはできないが、高いエネルギーをかけると、一定の確率で絶縁体をすり抜ける。これは物理学の用語でトンネル効果と呼ばれている。

 浮遊ゲートの中に電子が入っている状態を「0」、電子が入っていない状態を「1」として、複数のセルに情報を記録する。

 データ記録の仕組みが見えてきたところで、データ消失の核心に迫ろう。フラッシュメモリーのデータが消えてしまう理由は、浮遊ゲート内にためていたはずの電子が逃げ出してしまうから。データを書き込む際には、高い電圧をかけ、そのエネルギーで電子をすり抜けさせる。これを何度も繰り返すと、電子を閉じ込めておく壁としての性能が落ちて、電子がすり抜けやすくなるのだ(図2右)。

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