Если получится устанавливать заряд в одно из четырех состояний, то можно запрограммировать два бита данных на одной ячейке. Каждое из четырех состояний соответствует одному из двухбитных наборов. После стирания или точного программирования одного из трех состояний (трех, потому что одно состояние получается при стирании) были измерены величины пороговых напряжений и результаты помещены в виде гистограммы на рисунок. Заметим, что точное управление зарядом позволило двум средним состояниям сузить разброс напряжений до 0.3В, что соответствует 3000 электронов. Большие плотности битов на одну ячейку возможны только при более точном размещении заряда на плавающий затвор. Для трех бит на ячейку потребуется программирование 8-ми различных состояний заряда, для четырех - 16-ти состояний. В общем, количество состояний равно 2 в степени N, где N - требуемое количество бит. Возможность размещения точного количества заряда, а потом его точного считывания требует новых знаний в области физических основ работы ячейки памяти, а также устройства всего массива памяти в целом.

С начала 90-х годов в лаборатории компании Intel велись разработки методов размещения точного заряда и чтения, и создавался тестовый 32Mb чип по данной технологии. Все это время решались три основные задачи:

·               Точное размещение заряда: программирование ячейки flash-памяти должно очень хорошо контролироваться (что требует детального изучения физики программирования). Это значит, что во время программирования нужно подводить к ячейке ток на строго определенное время.

·               Точное чтение количества заряда: операция чтения MLC-памяти - это, в основном, аналого-цифровое преобразование заряда, сохраненного в ячейке, в цифровые данные (новое решение для устройств памяти).

·               Надежное хранение заряда: для сохранения заряда на долгое время ставилась цель сделать его утечку меньше одного электрона за день.

Такой тестовый чип был сделан в 1994 году и доказал возможность сохранения нескольких бит информации в одной ячейке памяти. Большие плотности битов на одну ячейку возможны только при более точном размещении заряда на плавающий затвор. Для трех бит на ячейку потребуется программирование 8-ми различных состояний заряда, для четырех - 16-ти состояний. В общем, количество состояний равно 2 в степени N, где N - требуемое количество бит. Возможность размещения точного количества заряда, а потом его точного считывания требует новых знаний в области физических основ работы ячейки памяти, а также устройства всего массива памяти в целом.