隧道效应与闪存
在纳米尺度上加工制作产品常常具有很好的性能，现在应用极为普通的闪存器件，例如MP4、U盘（优盘）等，都建立在闪存器件的基础上。下面就来介绍一下有关闪存的知识。
金属内存在大量自由电子，经典物理学认为，自由电子越过势垒，有一阈值能量；电子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡，先用力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性越过去；如果坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回去。
量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去。也就是说，会有部分能量低于表面势垒的电子能够穿透金属表面势垒，形成金属表面上的电子云，好像有一个隧道，称作“量子隧道”。这种效应称为隧道效应。
可见，宏观上的确定性在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为隧穿几率极小。但在某些特殊条件下，宏观的隧道效应也会出现。
1962年，剑桥大学实验物理研究生约瑟夫森（1940～ ）预言，当两个超导体之间设置绝缘薄层构成SIS时，电子可以穿过绝缘体从一个超导体到达另一个超导体。约瑟夫森的预言不久就为安德森（1923～ ）和罗厄耳的实验观测证实——电子对通过两块超导金属间的薄绝缘层（厚度约为100纳米）时发生了隧道效应，于是称之为“约瑟夫森效应”。
闪存的存储单元为三端器件，三端名称与场效应管相同，即源极、漏极和栅极（见图14－4）。栅极与硅衬底之间有二氧化硅绝缘层，可以保护浮置栅极电荷不泄漏，使得存储单元具有电荷保持能力，因而具备了记忆能力。这就如同装进瓶子里的水，当你倒入水后，水位就一直保持着，直到你再次倒入或倒出。
图14－4 闪存存储单元构造
与场效应管一样，闪存也是一种电压控制型器件。NAND型闪存的擦除和写入都是基于隧道效应，电流穿过浮置栅极与硅基层之间的绝缘层，对浮置栅极进行充电（写入数据）或放电（擦除数据），（见图14－5）。NOR型闪存擦除数据仍是基于隧道效应（电流从浮置栅极到硅基层），但在写入数据时则是采用热电子注入方式（电流从浮置栅极到源极）。
图14－5 基于隧道效应的NAND型闪存擦写
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