第七章半导体存储器
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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。
分类：
掩模ROM
紫Baidu Nhomakorabea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
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 Tunnel Oxide)
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
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。
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
编程 时VCC 和字
线电
压提 高
16字×8位的PROM
十
六
条
读出时，读出
字
放大器AR工作，写
线
入放大器AW不工作。
八
写入时，在位
条
线输入编程脉冲使
位
写入放大器工作，
线
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。
20V
编程脉冲
缺点：不能重复擦除。 十几微秒
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）
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。
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 擦除（写1）
写入（写0）
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。
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。
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。
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
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
二－四线 译码器
A1,A0的 四个最小 项
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。
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
（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。
•存储单元的工作原理：
1.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。
2.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。
字长：一个字中包含二进制数位数的多少称为字长，字长是标 志计算机精度的一项技术指标。
KB即为K字节 1K=210 =1024 B MB即为M字节 1M=220 =1024 K GB即为G字节 1G=230 =1024 M
第一节 概述
第七章 半导体存储器
存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导 体器件。
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)
Flash Memory
(Random Access Memory)
静态存储器SRAM
(Static RAM) 动态存储器DRAM (Dynamic RAM)
预备知识
位：计算机只认识由0或1组成的二进制数，二进制数中的每 个0或1就是信息的最小单位，称为“位”（bit），也称为二进制 的位或称字位
字：在计算机中，作为一个整体单元进行存取和处理的一组二 进制数，每位计算机字的二进制数的位数是固定的。
字节：把一个8位的二进制数据单元称为一个字节，通常用字 母B表示。
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
位线
D0 1 1 0 0
字线
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。
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；编程电压偏高；P沟道管的开关速 度低。
2.使用叠栅注入MOS管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS)
构造： 用N沟道管；增加控制栅。
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。
分类：
掩模ROM
紫Baidu Nhomakorabea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
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 Tunnel Oxide)
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
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。
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
编程 时VCC 和字
线电
压提 高
16字×8位的PROM
十
六
条
读出时，读出
字
放大器AR工作，写
线
入放大器AW不工作。
八
写入时，在位
条
线输入编程脉冲使
位
写入放大器工作，
线
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。
20V
编程脉冲
缺点：不能重复擦除。 十几微秒
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）
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。
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 擦除（写1）
写入（写0）
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。
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。
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。
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
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
二－四线 译码器
A1,A0的 四个最小 项
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。
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
（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。
•存储单元的工作原理：
1.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。
2.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。
字长：一个字中包含二进制数位数的多少称为字长，字长是标 志计算机精度的一项技术指标。
KB即为K字节 1K=210 =1024 B MB即为M字节 1M=220 =1024 K GB即为G字节 1G=230 =1024 M
第一节 概述
第七章 半导体存储器
存储器：存储大量二值信息（或称为二值数据）的半导 体器件。
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)
Flash Memory
(Random Access Memory)
静态存储器SRAM
(Static RAM) 动态存储器DRAM (Dynamic RAM)
预备知识
位：计算机只认识由0或1组成的二进制数，二进制数中的每 个0或1就是信息的最小单位，称为“位”（bit），也称为二进制 的位或称字位
字：在计算机中，作为一个整体单元进行存取和处理的一组二 进制数，每位计算机字的二进制数的位数是固定的。
字节：把一个8位的二进制数据单元称为一个字节，通常用字 母B表示。
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
位线
D0 1 1 0 0
字线
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。
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；编程电压偏高；P沟道管的开关速 度低。
2.使用叠栅注入MOS管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS)
构造： 用N沟道管；增加控制栅。