存滿資料的硬碟是不是比空硬碟重?答疑
昨天一篇關於SSD儲存資料後變重的文章收穫了許多疑問:
ofollow,noindex" target="_blank">老狼:存滿資料的硬碟是不是比空硬碟重?今天我就其中思考比較深入的問題統一就我的理解做一個解釋。
Q: 好像也不對,雖然區域性鎖住了電子,但整體上SSD是電中性的,所以應該也會有些區域性的原因抵消了電子的電負性,比如正離子、空穴之類。
Q : 這樣會造成電源流出和流入的電子數量不匹配,電荷不守恆了。我猜電子是從襯底中來的,浮柵充電後襯底多了相應數量的空穴。
Q : 但是電子帶負電,電子多瞭如果不是本來就在裡面的,那還有別的什麼離子進去啊。
A: 總的來說疑問就是多餘的電子從哪裡來?半導體不是電中性嗎?
思考這些問題的同學應該是具有一定的半導體的知識。這很好,我們都知道場效電晶體(MOSFET)其中雖然分為N型和P型,但整體是電中性的,即正負電荷總數相等。昨天的這幅圖:

讓很多同學認為電荷是從基底/襯底,也就是P型半導體抽上來的,總體電子數量不變,因為電中性。這是因為我為了面向一般受眾,將一些具體的細節沒有提及,難怪產生誤解。下面這個圖應該就比較清楚了:

我們可以看到源極Source和漏極Drain都是N型半導體,基底是P型半導體。與一般MOSFET不同的是,這裡有兩個Gate,他們之前由氧化物絕緣層隔離。
Program(寫0)的過程是這樣:

源極接地,漏極接正電壓,同時在控制gate接正電壓。電子就從源極向漏極流動,在控制gate上電壓足夠高時,電子會穿過氧化物絕緣層(tunneling),被捕獲(trap)在浮動gate中。這個電壓要剛剛好,既要讓電子穿過第一個氧化物絕緣層,又不能讓它們繼續穿過下一個氧化物絕緣層到達控制gate。
看到這裡,相信同學們已經清楚電子從哪裡來的,半導體的電中性怎麼樣了吧。電子是從source的ground來的,沒有東西被電離。電子確確實實是多出來了,它們會被關在那裡,直到下一次越獄的機會。
值得一提的是,電子並不會被永遠關在那裡,如果閒著不動的話,有逃離的機會:
老狼:雜說快閃記憶體番外:我們的資料存在固態硬碟上安全嗎?Q:感覺應該是充放電造成電勢能變化,進而E=mc2造成質量變化。
Q:不只有內能,假設內能完全不變,電子從分散到聚集電勢能肯定增加的。磁場排列從無序到有序能量肯定也是增加。
Q:是不是熵增加了?
A: 是勢能發生了變化,從這個角度理解也可以。熵實際上應該是減小了。
Q:要是能做實驗 觀測到 重量變化就好了 哈哈哈哈,原來 一直在想這個問題,是不是寫滿了就變重了
A: 這個目前來說沒法做實驗。電子質量是9.10938356 × 10(-31)kg,就算trap了一億個電子,我們的測量儀器還沒有這種靈敏度。其他的干擾因素,如風吹啊,灰塵啊等等帶來的影響就比這增加的一點點質量要高得多。
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