2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体中的可擦除可编程

半导体中的可擦除可编程

半导体中的可擦除可编程

１．可擦除可编程ROM（EPROM）

EPROM的存储单元采用叠层栅注入MOS管。图7-4-4

EPROM的一个存储单元ＷiYj位线GSＤＷiYj×(a)EPROM叠层栅存储单元(b)阵列图符号由于EPROM的存储单元是可擦除可编程的，为了区别于固定ROM，在EPROM阵列图的或阵列中，用“×”表示所存储的信息“1”。

EEPROM只需在高电压脉冲或工作电压下就可以进行擦除，不需要借助紫外线的照射，而且还具有字擦除功能，所以更加灵活、方便。

一般EEPROM集成片允许擦写100～10000次，擦写共需时间20ms左右，数据可保存5～10年。图7-4-6

EEPROM存储单元ＷiYj字线G1S1D1位线T1T2

EEPROM的存储单元由门控管T2和叠层栅MOS管T1组成。其中T1称为浮栅隧道氧化层MOS管，在一定电压条件下，将产生隧道效应，以实现电擦除操作。２．电可擦可编程ROM（EEPROM）工作机理与叠栅MOS管相同结构：浮栅与漏极N区延长区有一点交迭并且交迭处的绝缘层厚度很小。写入：控制栅上加高电压，漏极接地即可对浮栅充电，电子穿透绝缘层积累在浮栅上。擦除：控制栅接地，漏极接高电压即可对浮栅放电，即为电擦除。

读出：G1=3V,Wi=5V

擦除：G1=Wi=21V

写入：G1=0,Wi=Yj=21VSiO2PS1G1D1擦写栅

(多晶硅)浮栅

(多晶硅)N+N+SiO2极薄层0+21V图7-4-6

EEPROM存储单元ＷiYj字线G1S1D1位线T1T2

可擦除单个存储单元芯片内部带有升压电路

正常工作：擦写栅加+3V电压，浮栅积有电子电荷时，T1不能导通；浮栅无电子电荷时，T1导通。PSGD浮栅图7-4-8

快闪存储器N+N+(a)(b)DSG位线WiVSSYj隧道区

不具备字擦除功能。写入：利用雪崩击穿产生的大量高能电子在浮栅上积累

读出：Wi=5V,Vss=0V

写入：Wi=6V,Gc=12V脉冲，Vss=0

擦除：G=0V,Vss=12V

整片或分块擦除电路形式简单、集成度高、可靠性好结构：快闪存储器MOS管的浮栅到P型衬底间的氧化绝缘层比SIMOS管的更薄擦除：控制栅接地、源级接高电压，利用隧道效应放电工作机理与叠栅MOS管相同３．快闪存储器（闪光记忆）7.4.4用ROM实现组合逻辑函数

依据：ROM是由与阵列和或阵列组成的组合逻辑电路。

１．将与阵列地址端A0～当作逻辑函数的输入变量，则可在地址译码器输出端（即字线）上产生全部最小项；２．或阵列的输出（位线）是将与之相连字线上的信息相或以后作为输出的，因此在数据输出端可获得有关最小项相或的表达式。

结论：ROM有几个数据输出端，即可获得几个逻辑函数的输出。方法：列出函数的真值表，直接画出存储矩阵的阵列图。？回顾与思考：译码器实现组合逻辑函数的方法及步骤？用ROM实现逻辑函数一般按以下步骤进行：

①根据逻辑函数的输入、输出变量数目，确定ROM的容量，选择合适的ROM。②写出逻辑函数的最小项表达式，画出ROM的阵列图。③根据阵列图对ROM进行编程。存储器与PROM阵列对应关系输入地址信号为电路的输入逻辑变量。地址译码器产生2n个字线为固定与阵列产生2n个乘积项。

存储矩阵为或阵列把乘积项组合成m个逻辑函数输出。用可编程只读存储器PROM实现逻辑函数1、代码转换例：用ROM实现4位二进制到格雷码的转换。ABCDWXYZ00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000①列状态转换真值表：②由真值表写出最小项之和表达式。W=∑m(8~15）X=∑m(4~11）Y=∑m(2~5、10~13）Z=∑m(1~2、5~6、9~10、13~14）③根据最小项画出与、或点阵图☆

先画地址译码器，四变量，八输入，十六个最小项，8X16阵列。☆再画或阵列，只有四输出，每个输出按最小项加表示。共4X16阵列。ROM的应用：0123456789101112131415W=∑m(8~15）X=∑m(4~11）Z=∑m(1~2、5~6、9~10、13~14）全部最小项把需要的最小项相加★

与阵列存储容量：16X8=128★

或阵列存储容量：16X4=64★

总存储容量＝128＋64＝192点阵图相当于将真值表存入PROM。与阵列：不可编程，所有最小项都必须全部画出。或阵列：可编程，根据要求选用。PROM选用PROM实现：令：PROM地址码A3~A0=ABCD则PROMQ3~Q0=WXYZY=∑m(2~5、10~13）2、用ROM实现组合逻辑函数例：用ROM实现一位全加器全加器真值表：ABCiSCO0000010100111001011101110110100100010111最小项之和表达式S=∑m(1、2、4、7）C0=∑m(3、5、6、7）画点阵图：01234567ROM的应用：AB0001111001AB0001111001AB0001111001解：