半导体存储器-数字电路(1)
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Flash Memory
(Random Access Memory)
静态存储器SRຫໍສະໝຸດ BaiduM
(Static RAM) 动态存储器DRAM (Dynamic RAM)
快闪存储器
还可以按制造工艺 分为双极型和MOS
主要指标：存储容量、存取速度。 型两种。
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。编辑课件ppt
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。
擦除：用紫外线或X射线擦除。需20~30分钟。 存储单元如图。 缺点：需要两个MOS管；编编辑程课件电ppt压偏高；P沟道管的开关速7 度低。
2.使用叠栅注入MOS管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS)
编辑课件ppt
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(Floating gate
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-gate Avalanche-Injuction MOS，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。
4
用MOS工艺制 造的ROM的存储 矩阵如图： 二、可编程只读存 储器PROM
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
或非门
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 编辑课件ppt
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。
编辑课件ppt
3
2.工作原理 按组合电路进行分析。 存储矩阵是四个二极管或门；
当EN=0时，Di Di 。
D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0 D2= W1= A1+A0
2
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。 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管构成。
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。
地
数
存储器
址
据
编辑课件ppt
1
分类：
掩模ROM
编辑课件ppt
11
•存储单元的工作原理：
1.读出：源极接地，字线为5V逻辑高 电平。
2.写入利用雪崩注入法。源极接地； 漏极接6V；控制栅12V脉冲，宽10
s。
3.擦除用隧道效应。控制栅接地； 源极接12V脉冲，宽为100ms。 因为片内所有叠栅管的源极都连 在一起，所以一个脉冲就可擦除 全部单元。
Tunnel Oxide)
编辑课件ppt
9
特点：浮栅与漏区间的氧
GC
化物层极薄（20纳米以下）， 称为隧道区。当隧道区电场大
Gf
于107V/cm时隧道区双向导通。
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
读出
10ms
编辑擦课件除p（pt 写1）
写入（写0）
10
EEPROM的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单 元需两只MOS管。
快闪存储器就是针对 此缺点研制的。
（三）快闪存储器(Flash Memory）
采用新型隧道氧化 层MOS管。 •该管特点：
1.隧道层在源区；
2.隧道层更薄－－10～15nm。在控制栅和源极间加12V电 压即可使隧道导通。
D1= D3 = A0 D0 = W1+ W0 = A1
真值表：
真值表与存 储单元有一 一对应关系
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
D3 0 1 0 1
D2 1 0 1 1
D1 0
1
0
1 编辑课件ppt
D0 1 1 0 0
字线
二－四线 译码器
A1,A0的 四个最小 项
D3 D2 D1 D0
位线
构造： 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。
5
16字×8位的PROM
十
六
条
读出时，读出放
字
大器AR工作，写入
线
放大器AW不工作。
八
写入时，在位线
条
输入编程脉冲使写
位
入放大器工作，且
线
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。
20V
编程脉冲
缺点：不能重复擦除。
十几微秒
编辑课件ppt
6
三、可擦除的可编程只读存储器 （EPROM） （一）紫外线擦除的只读存储器 （UVEPROM）
紫外线擦除
只读存储器 ROM
可编程ROM（PROM）
(Programmable
(Read- Only ROM)
Memory) 按 功 只能读出不能
可擦除可编程ROM （EPROM）
能 写入,断电不失 (Erasable PROM)
随机存储器 RAM
电可擦除
UVEPROM
(Ultra-Violet)
EEPROM (Electrically)
5V
0V 12V
10s
6V
0V 12V
100ms
快闪存储器特点：集成度高，容量大，成本低，使用
方便。已有64兆位产品问世。编辑很课件有pp发t 展前途。
12
第三节 随机存储器（RAM）
特点：RAM在工作时可随时对任意指定单元进行读或写操作。 使用方便、灵活。但切断电源后，所存信息就会丢失。
(Random Access Memory)
静态存储器SRຫໍສະໝຸດ BaiduM
(Static RAM) 动态存储器DRAM (Dynamic RAM)
快闪存储器
还可以按制造工艺 分为双极型和MOS
主要指标：存储容量、存取速度。 型两种。
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。编辑课件ppt
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。
擦除：用紫外线或X射线擦除。需20~30分钟。 存储单元如图。 缺点：需要两个MOS管；编编辑程课件电ppt压偏高；P沟道管的开关速7 度低。
2.使用叠栅注入MOS管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS)
编辑课件ppt
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(Floating gate
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-gate Avalanche-Injuction MOS，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。
4
用MOS工艺制 造的ROM的存储 矩阵如图： 二、可编程只读存 储器PROM
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
或非门
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 编辑课件ppt
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。
编辑课件ppt
3
2.工作原理 按组合电路进行分析。 存储矩阵是四个二极管或门；
当EN=0时，Di Di 。
D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0 D2= W1= A1+A0
2
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。 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管构成。
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。
地
数
存储器
址
据
编辑课件ppt
1
分类：
掩模ROM
编辑课件ppt
11
•存储单元的工作原理：
1.读出：源极接地，字线为5V逻辑高 电平。
2.写入利用雪崩注入法。源极接地； 漏极接6V；控制栅12V脉冲，宽10
s。
3.擦除用隧道效应。控制栅接地； 源极接12V脉冲，宽为100ms。 因为片内所有叠栅管的源极都连 在一起，所以一个脉冲就可擦除 全部单元。
Tunnel Oxide)
编辑课件ppt
9
特点：浮栅与漏区间的氧
GC
化物层极薄（20纳米以下）， 称为隧道区。当隧道区电场大
Gf
于107V/cm时隧道区双向导通。
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
读出
10ms
编辑擦课件除p（pt 写1）
写入（写0）
10
EEPROM的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单 元需两只MOS管。
快闪存储器就是针对 此缺点研制的。
（三）快闪存储器(Flash Memory）
采用新型隧道氧化 层MOS管。 •该管特点：
1.隧道层在源区；
2.隧道层更薄－－10～15nm。在控制栅和源极间加12V电 压即可使隧道导通。
D1= D3 = A0 D0 = W1+ W0 = A1
真值表：
真值表与存 储单元有一 一对应关系
A1 0 0 1 1
A0 0 1 0 1
D3 0 1 0 1
D2 1 0 1 1
D1 0
1
0
1 编辑课件ppt
D0 1 1 0 0
字线
二－四线 译码器
A1,A0的 四个最小 项
D3 D2 D1 D0
位线
构造： 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。
5
16字×8位的PROM
十
六
条
读出时，读出放
字
大器AR工作，写入
线
放大器AW不工作。
八
写入时，在位线
条
输入编程脉冲使写
位
入放大器工作，且
线
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。
20V
编程脉冲
缺点：不能重复擦除。
十几微秒
编辑课件ppt
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三、可擦除的可编程只读存储器 （EPROM） （一）紫外线擦除的只读存储器 （UVEPROM）
紫外线擦除
只读存储器 ROM
可编程ROM（PROM）
(Programmable
(Read- Only ROM)
Memory) 按 功 只能读出不能
可擦除可编程ROM （EPROM）
能 写入,断电不失 (Erasable PROM)
随机存储器 RAM
电可擦除
UVEPROM
(Ultra-Violet)
EEPROM (Electrically)
5V
0V 12V
10s
6V
0V 12V
100ms
快闪存储器特点：集成度高，容量大，成本低，使用
方便。已有64兆位产品问世。编辑很课件有pp发t 展前途。
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第三节 随机存储器（RAM）
特点：RAM在工作时可随时对任意指定单元进行读或写操作。 使用方便、灵活。但切断电源后，所存信息就会丢失。