第七章半导体存储器

二极管构成的存储单元
地址译码器(与阵列) 存储矩阵（或阵列） A1A0是地址线 W0-W3字线 D0-D3位线
D3 W1 W3 A1A0 A1A0 D2 W0 W1 W D1 W1 W3 D0 W1 W0
为与或式
存储容量字线数×位线数（4×4位）
每个字线和位线的交叉点就是一个存储单元， 有二极管时存1，无二极管存0
常用的快闪存储器（Flash Memory）也是一 种用电信号擦除的可编程ROM。
一．EPROM（UVEPROM） 写入电压几十伏，读出电压几伏。 基本单元：浮栅MOS管（FAMOS管） 浮置栅：处于二氧化硅层中
在漏源间加上很高的负电压(-45V)，电子进入 浮栅；高压消失后，电子保留在浮栅中
第七章 半导体存储器
只读存储器（ROM） 可编程：PROM 可擦除：EPROM
随机存储器（RAM） 动态：DRAM 静态：SRAM
存Hale Waihona Puke Baidu器容量的扩展
7.1 概述
半导体存储器：能存储大量二值信息的 半导体器件。
指标：存储容量1G位/片 存取速度10纳秒
半导体存储器引脚数目有限，所以每个存储单 元均需编写了一个地址，只有被输入地址代码 选中的那些存储单元才能与公共的输入/输出 引脚接通，进行数据的读写。
熔丝：低熔点金属或多晶硅
PROM加入了读/写放大器：
读出时所需电压低，写入时经稳压管所需 电压高，仍为ROM
编程时根据地址译码器的输入和字线D来加编 程脉冲
在Di处加20V高电压脉冲，写入放大器输出低 电平，三极管有较大电流流过，需要存储0的 单元的熔丝熔断
熔丝一旦熔断，写入的数据不可改变
地址译码器+存储器
分类：
只读存储器（ROM）在正常工作状态下只能从中
读取数据，不能快速地修改或重新写入数据。ROM 优点是电路结构简单，断电不丢失数据。
固定ROM（掩膜ROM） 可编程ROM（PROM） 可擦除的可编程ROM （EPROM）
随机存储器（RAM）在正常工作状态下就可以随
时向存储器进行读写操作。
采用浮置栅与村底间有隧道区，厚度仅为1015纳米。
单管电路，集成度高。
写入时，在控制栅加12V的电压脉冲，漏极 （位线）接6V电压，漏源间雪崩击穿，部分电 子到达浮置栅，开启电压变为7V
擦除时，控制栅加0V电压，源极加12V、100微 秒正脉冲，浮栅电子释放，开启电压降至2V以 下
与Flotox相比，快闪存储器由于所有的MOS管 源极是连接在一起的，所以所有存储单元均被 擦除（写入时则通过W、D选择写入单元）
7.2.3 可擦除的PROM（EPROM）
最早的EPROM是用紫外线照射进行擦除的。 （Ultra-Violet Erasable Programmable
Read-Only Memory，简称UVEPROM），
后来出现用电信号可擦除的可编程ROM （Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称E2PROM)。
7.3 随机存储器
随机读写存储器（RAM），读写方便 数据易失 SRAM和DRAM
由MOS管构成的存储矩阵
输出缓冲是一个三态的非门 D3在W1或W3 为1时，输出1
存储单元数=字数×位数=2N ×M， N=地址线数，M=输出端数。
7.2.2可编程只读存储器(PROM)
PROM的结构与掩膜ROM类似 在每个交叉点都加入了存储元件（存入了1）
在存储单元加熔丝， 根据需要决定是否将熔丝熔断
静态RAM（SRAM） 动态RAM（DRAM） 目前的存储器大多采用CMOS工艺
7.2 只读存储器
7.2.1掩膜ROM 存储器中的数据由制作中的掩膜板决定 结构：地址译码器、存储矩阵、输出缓冲器
地址译码器：根据输入的地址产生控制信号 输出缓冲器：提高存储器的带负载能力
对输出状态的三态控制
电子进入浮栅后，会使MOS管阈值电压的绝 对值降低，即处于导通状态
若编程后，FAMOS处于导通状态， 那字线被选中时，位线读出1
若编程后，FAMOS的浮栅中没有电 子（截止），那位线读出0
擦除的方法：紫外线或X射线照射FAMOS的 栅极氧化层，则SiO2层中产生电子空穴对， 浮栅中的电子放电
FAMOS存储单元缺点：需两个MOS管，编程 电压较高，PMOS结构工作速度慢
为了提高擦写的可靠性，通常会增加一个选通 管T2
浮栅上有电子时，读出1， 无电子时，读出0
Flotox管读出状态
字线加5V电压，控制栅3V 字线电压不是直接加在栅上，
避免了每次读出时都在栅极 施加脉冲电压，对氧化层造 成损害
擦除状态（写入1）
控制栅和字线均加20V， 10ms宽的脉冲，漏区接0。 Gf和漏区间有较大的电场， 将吸引漏区电子进入浮栅， 使Flotox管的开启电压达 到7V，存储单元存1.
改进后的结构：SIMOS
由SIMOS构成的UVEPROM
叠栅注入MOS管（NMOS） 两个栅极：控制栅（Gc）和浮置栅（Gf）
Gc：控制读出和写入 Gf：长期保存注入电荷
编程方法：在漏源间加高电压（20-25V），同时Gc加25V 高压脉冲，电子进入浮置栅 浮栅上注入电子后：阈值电压升高
浮栅上有电荷：正常 工作电压下，MOS管 截止，读出1
写入（写入0）状态
将浮栅的电子拉入漏极
E2PROM的写入和擦除虽然可以通过电的方法 实现，但是其擦写时间太长，而且需要较高的 电压脉冲来实现，因此并不能经常进行擦除和 写入操作
E2PROM的每个存储单元也需要两个MOS管
三、快闪存储器（Flash Memory）
存储单元与SIMOS类似，区别在于浮置栅与 衬底之间氧化层更薄
浮栅未注入电荷，则 读出0
紫外线擦除
右图为256*1位的 EPROM
二、E2PROM（电擦除）
紫外线擦除操作复杂
基本存储单元浮栅隧道氧化物MOS管(Flotox)， 与SIMOS类似（区别在于浮栅与漏区间的氧化 层很薄）
浮置栅-SiO2-漏区构成了电容结构，为了使落 入隧道区的电场尽量高，通常要求该电容非常 小，因此隧道区面积要尽量小