Principy programovaní, výmazu a čtení
Zde vypíchneme použité principy spojené s fungování flash pamětí. Nejprve si, ale uděláme menší odbočku pro pochopení pozdějšího výkladu si popíšeme stručně chování transistoru MOSFET.MOSFET
Obr. MOSFET - schémaDo substrátu o vodivosti P jsou nadifundovány dvě oblasti typu N a tyto oblasti slouží jako elektrody source a drain. Řídicí hradlo (eletroda) je mezi těmito oblastmi a je izolována tenkou vrsvou SiO2. Je-li přiloženo na řídicí elektrodu dostatečně vysoké kladné napětí (nikoliv tak vysoké, abychom izolační vrsvičku prorazili), vytvoří se na povrchu polovodiče typu P v blízkosti hradla inverzní vrstva (vrstva o opačné vodivosti), tedy o vodivosti N a tato inverzní vrstva propojí oblasti typu N (tedy elektrody source a drain) a proud mezi těmito elektrodami může procházet. Průřez kanálu mezi elektrodami source a drain, tvořeného touto inverzní vrstvou, je závislý na velikosti rozdílu mezi napětím, přiloženým na hradlo tranzistoru a napětím ve vzdálenosti x od elektrody source tranzistoru. Zde je ale napětí na hradle a napětí na elektrodě drain tranzistoru stejné polarity, což má za následek, že průřez kanálu klesá se vzdáleností x. V blízkosti elektrody drain se může stát, pro určitou velikost napětí UGS a napětí UDS, že inverzní vrstva zmizí a omezí tak proud mezi elektrodami source a drain. To se projeví na výstupní charakteristice tranzistoru saturací proudu od určité hodnoty UDS.
Paměťová buňka
Obr. Paměťová buňkaUvnitř flash čipu je vlastní informace uložena v paměťových buňkách. Ta je stejně jako u EEPROM pamětí tvořena modifikovaným transistorem MOSFET, jež má elektrody source a drain, přístupové čí řídící hradlo (control gate) a plovoucí hradlo (floating gate). Strukturálním rozdílem od standardního transistoru MOSFET je právě ono elektricky izolováné plovoucí hradlo (viz. obrázky).
Mechanismy programovaní
Naprogamovaní paměťové buňky je dáno přítomností náboje na plovoucím hradlu. Pro tento účel se osvědčily hlavně mechanismus Fowler-Nordheimova tunelování a proces zvaný hot-electron injection.
Fowler-Nordheimovo tunelovaní
Obr. Zápis - uniformní programování (FN)Jedná se o jeden z nejvýznamějších mechanismů v oblasti non-volatile pamětí vůbec. Přiložením velkého napětí (13V) na řídící hradlo (control gate) se vytvoří elektrické pole mající za následek potenciální bariéru. Tato bariéra poskytuje cestu elektronům v substrátu jak se dostat skrz tenkou izolační vrstvu oxidu a případně možnost zachycení na plovoucím hradle (floating gate). Toto je známo i pod tzv. uniformním tunelováním (uniform tunneling). 
Obr. Zápis - drain-side tunelování (FN) Druhý typem je tzv. drain-side tunelování. Proces je podobný - přiložíme cca 13V na řídící hradlo a cca 5V na drain elektrodu. Výsledný tunelový jev je tedy mezi elektrodou drain a řídícím hradlem. Tento typ tunelovaní je nekdy více preferován kvůli vyšší programovací rychlosti dané vyšší tunelovou prodovou hustotou (menší "vstřikovací" (injection) oblast).
Hot-carrier injection
Obr. Zápis - Hot-elektron injectionJe další metodou programovaní flash pamětí, dělící se na hot-elektron injection (pro typ N postavený na P-substrátu) a hot-hole injection (pro typ P postavený na N-substrátu). Jelikož je metoda hot-hole injection velice pomalá není prakticky vůbec využívána a je to také jeden z důvodů proč jsou dnes všechny paměti (non-volatile) typu N postavené na P-substrátu. U metody hot-elektron injection dochází k nabití plovoucího hradla přesunem elektronů z elektrody drain. Přiložením napětí na řídící hradlo (15V) a na drain elektrodu (10V) vznikne laterální elektrické pole, které urychluje elektrony kanálem směrem ke drain elektrodě. Poté, co získají elektrony dostatečnou energii k překonání energetické bariéry mezi substrátem a vrstvou oxidu, jsou za pomoci napětí na drain elektrodě "vstřikovány" do oxidu. Napětí přiložené na řídícím hradle je "sune" směrem k zachytnuvšímu plovoucímu hradlu.
Mechanismy výmazu
Pro účel přeprogramování je třeba umět flash pamět také vymazat. Zde je však onen významný rozdíl oproti klasickým EEPROM pamětem, že pro výmaz jedné buňky se smaže celý blok. V souvistlosti s flash pamětmi mluvíme tedy o mazání po celých blocích.
Obecně pro výmaz non-volatile pamětí existují dva běžně používané postupy - UV zářením a také za pomoci Fowler-Nordheimova tunelovaní. V oblasti flash pamětí se využívá hlavně Fowler-Nordheimovo tunelovaní, a to hlavně kvůli větší rychlosti - 1ms až 10ms - oproti UV záření - 10min, a proto popíši jen tuto metodu.
Fowler-Nordheimovo tunelovaní
Obr. Výmaz - uniformní programování (FN)První způsob je založen na uniformním tunelování jako tomu bylo při programování buňky, avšak na řídící hradlo je přiloženo velké záporné napětí (-13V). Opět vznikne elektrické pole a následně potenciální bariéra, která "odvádí" (tuneluje) elektrony z plovoucího hradla skrz vrstvu oxidu zpět do substrátu. 
Obr. Výmaz - drain-side tunelování (FN)Druhý způsob využívá drain-side tunelování. Na řídící hradlo je opět přivedeno velké záporné napětí (-10V) a na drain elektrodu kladné napětí (5V). Stejným způsobem dochází tedy k tunelovému jevu a elektrony jsou odváděny na elektrodu drain.
Čtení
Čtení obsahu paměťové buňky je založeno na detekci protékajicích proudů. Na řídící hradlo přiložíme nějaké určité napětí (asi 5V), na elektrodu drain napětí malé (1V) a elektrodu source uzemníme. Pokud plovoucí hradlo neobsahuje žádné elektrony dojde k otevření transistoru a buňkou protéká proud, který detekujeme - buňka obsahuje log. 1. Jsou-li však na plovoucím hradle obsaženy, je elektrické pole, vzniklé přiložením napětí na řídící elektrodu, ovlivněno a k otevření nedojde, proud neprotéká - buňka obsahuje log. 0.
Výdrž flash pamětí
V úvodní kapitole jsem se zmínil o hlavní nevýhodě flash pamětí, omezeném početu zápisových cyklů, danou jejich strukturou. Dáno je to hlavně degradací vlastností vrsty oxidu mezi plovoucím hradlem a substrátem. Zde si tuto problematiku osvětlíme blíže.
K degradaci vrsvy oxidu, dochází v průběhu jednotlivých cyklů zápisu/výmazu (kvůli vysokým elektrickým polím), tím se však zároveň mění i hodnota prahového napětí pro zápis a výmaz (ta je pro obě operace rozdílná). Rozdíl prahového napětí zápisu a výmazu je nazýváno okno prahového napětí. Postupem degradace se toto okénko zmenšuje až je nemožno rozlišit mezi oběma napětími, flash paměť je dále nepoužitelná.