半导体存储器-数字电路

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1、第七章半导体存储器第一节概述存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导体器件。用途：在计算机或数字系统中存储数据。与寄存器的区别：以字为单位存取，每字包含若干位。各个字的相同位通过同一引脚与外界联系。每个字分配一个地址，因此内部有地址译码器。存储器地址数据1分类：掩模ROM可编程ROM（PROM）可擦除可编程ROM（EPROM）随机存储器RAM静态存储器SRAM动态存储器DRAM按功能(Read-OnlyMemory)(RandomAccessMemory)(ProgrammableROM)(ErasablePROM)UVEPROMEEPRO

2、M只读存储器ROMFlashMemory(Ultra-Violet)(Electrically)电可擦除紫外线擦除(StaticRAM)快闪存储器(DynamicRAM)只能读出不能写入,断电不失还可以按制造工艺分为双极型和MOS型两种。主要指标：存储容量、存取速度。存储容量:用字数×位数表示，也可只用位数表示。如，某动态存储器的容量为109位/片。2第二节只读存储器ROM一、掩模只读存储器又称为固定ROM。工厂按用户要求生产出来后，用户不能改动。1.ROM的构成存储矩阵：由若干存储单元排列成矩阵形式。储存单元：可由二极管、双极性三极管或MOS管构

3、成。地址译码器：根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。输出缓冲器：增加带负载能力；同时提供三态控制，以便和系统的总线相连。存取速度：用完成一次存取所需的时间表示。高速存储器的存取时间仅有10ns左右。3D3D2D1D02.工作原理按组合电路进行分析。二－四线译码器A1,A0的四个最小项字线存储矩阵是四个二极管或门；当EN=0时，。D1=D3=A0D0=W1+W0=A1真值表：真值表与存储单元有一一对应关系位线0011D01010D11101D21010D31010A01100A1D3=W1+W3=A1A0+A1A0

4、=A0D2=W1=A1+A04二、可编程只读存储器PROM用MOS工艺制造的ROM的存储矩阵如图：或非门产品出厂时存的全是1，用户可一次性写入，即把某些1改为0。但不能多次擦除。存储单元多采用熔丝－－低熔点金属或多晶硅。写入时设法在熔丝上通入较大的电流将熔丝烧断。编程时VCC和字线电压提高516字×8位的PROM十六条字线八条位线20V十几微秒编程脉冲读出时，读出放大器AR工作，写入放大器AW不工作。写入时，在位线输入编程脉冲使写入放大器工作，且输出低电平，同时相应的字线和VCC提高到编程电平，将对应的熔丝烧断。缺点：不能重复擦除。6三、可擦除的可

5、编程只读存储器（EPROM）（一）紫外线擦除的只读存储器（UVEPROM）是最早出现的EPROM。通常说的EPROM就是指这种。1.使用浮栅雪崩注入MOS管（Floating-gateAvalanche-InjuctionMOS，简称FAMOS管。）写入：管子原来不导通。在漏源之间加上较高电压后（如-20V），漏极PN结雪崩击穿，部分高速电子积累在浮栅上，使MOS管导通。擦除：用紫外线或X射线擦除。需20~30分钟。浮栅上电荷可长期保存－－在125℃环境温度下，70%的电荷能保存10年以上。存储单元如图。缺点：需要两个MOS管；编程电压偏高；P沟道

6、管的开关速度低。72.使用叠栅注入MOS管SIMOS(Stacked-gateInjuctionMOS)用N沟道管；增加控制栅。SIMOS管原来可导通，开启电压约为2V。注入电荷：在DS间加高电压，同时在控制栅加25V、50mS宽的脉冲。由于控制栅上有电压，所以需要的漏源电压相对较小。注入电荷后其开启电压达7V，不能正常导通。存储单元如下页图。256字X1位。已注入电荷的SIMOS管存入的是1。构造：8这是一种双译码方式，行地址译码器和列地址译码器共同选中一个单元。每个字只有一位。（二）电可擦除EPROM(EEPROM或E2ROM)用紫外线擦除操

7、作复杂，速度很慢。必须寻找新的存储器件，使得可以用电信号进行擦除。使用浮栅隧道氧化层MOS管Flotox(FloatinggateTunnelOxide)9写入（写0）擦除（写1）读出特点：浮栅与漏区间的氧化物层极薄（20纳米以下），称为隧道区。当隧道区电场大于107V/cm时隧道区双向导通。GCGf漏极当隧道区的等效电容极小时，加在控制栅和漏极间的电压大部分降在隧道区，有利于隧道区导通。存储单元：擦除和写入均利用隧道效应10ms10快闪存储器就是针对此缺点研制的。（三）快闪存储器(FlashMemory）采用新型隧道氧化层MOS管。EEPROM的

8、缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单元需两只MOS管。1.隧道层在源区；2.隧道层更薄－－10～15nm。在控制栅