U盘结构
回答这个问题之前，我们先来看看U盘的结构是怎样的，如下图：
U盘主要有两部分，一是NAND控制芯片，二是NAND存储芯片。其中，NAND存储芯片是U盘实现存储数据的介质。所以，要回答"U盘的存储材料氧化物绝缘层到底是个什么神奇之物？"这个问题，我们接下来的任务就是了解一下NAND的结构和工作原理。
NAND的结构和工作原理
NAND闪存基本单元是一个特殊的MOS晶体管。一般的MOS晶体管只有一个栅极(Gate)，而NAND闪存有两个栅极，一个是控制栅极(Control Gate)，另外一个就是浮栅(Floating Gate). 而浮栅是被绝缘氧化层完全包裹着，没有任何电极连接，处于悬浮的状态。同时，这个浮栅是NAND闪存实现数据存储的关键。
了解了NAND的结构，我们再来简单解释一下NAND的工作原理。
NAND闪存的写入(program)操作，也就是电子注入浮栅(Floating Gate)的过程：当栅极和漏极加上一定的电压之后， 隧穿氧化层(Tunnel Oxide)与基底(Substrate)之间就会形成一个沟道，在这个沟道中源漏极之间形成电流，也就是电子的流动。此时，控制栅极(Control Gate)，加一个足够大的电压，此时在控制栅极和基地之间就会形成一个电场，沟道中的电子经过隧穿氧化层之后，注入浮栅之中，就完成了写入的过程。
NAND闪存的擦除(erase)操作，也就是浮栅(Floating Gate)中存储的电子释放的过程：此时，主要在控制栅极(Control Gate)和基地之间加一个反向的电场，也就是控制栅极接地，基地接一个高电压，这样，浮栅的电子就会在反向电场的作用下透过隧穿氧化层被释放到沟道之中，就完成了擦除的过程。
绝缘氧化层的作用
了解了NAND的结构和工作原理，我们现在重点看一下绝缘氧化层的作用。从NAND闪存的写入和擦除过程，我们可以知道，绝缘氧化层最重要的作用就是提供一个电子跳跃的壁垒，如下图。这样的话，存在浮栅中的电子就不会轻易的跑掉，实现非易失性存储，也就是，断电之后仍可以保持数据。
所以，绝缘氧化层对NAND闪存的可靠性起着至关重要的作用，同时，也影响整个NAND闪存的寿命。
我们在讨论NAND寿命的时候，一般参考PE(Program/Erase) cycle。NAND闪存主要有SLC，MLC，TLC，QLC(QLC离走进市场还有一段时间，我们这里先忽略)，寿命依次减弱，如下表：
因为，随着PE cycle的增加，绝缘氧化层会越来越薄，壁垒作用越来越弱，这样的话，就会导致浮栅中的电子更是跑掉。后果就是我们存储在NAND闪存的数据丢失，也就是我们NAND(也可以说U盘)寿命到期了。
虽然SLC的寿命最强，但也是最贵的。所以，我们现在市面上见到的U盘，大部分都是TLC NAND，好一点的可能会采用MLC NAND，基本没有采用SLC NAND的U盘了。
结语
我们通过介绍U盘的结构，NAND结构和原理，了解了绝缘氧化层至关重要的作用，关乎着U盘的寿命。
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