半导体存储器

1、第第8章章 半导体存储器半导体存储器8.1 概述概述8.2 只读存储器只读存储器(ROM) 8.3 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)6.1 6.2 6.3 8.1半导体存储器半导体存储器概述概述 8.1.1 半导体存储器的特点及分类半导体存储器的特点及分类按照内部信息的存取方式不同分为：按照内部信息的存取方式不同分为：1.1.只读存储器只读存储器ROM。用于存放永久性的、不变的数据。用于存放永久性的、不变的数据。2.2.随机存取存储器随机存取存储器RAM。用于存放一些临时性的数据或中间。用于存放一些临时性的数据或中间结果，需要经常改变存储内容。结果，需要经常改变存储内容。数字系统中用于存

2、储大量二进制信息的器件是存储器。数字系统中用于存储大量二进制信息的器件是存储器。穿孔卡片穿孔卡片纸带纸带磁芯存储器磁芯存储器半导体存储器半导体存储器半导体存储器的优点：容量大、体积小、功耗低、存取速半导体存储器的优点：容量大、体积小、功耗低、存取速度快、使用寿命长等。度快、使用寿命长等。TTLMOS按存储信号的原理不同分为：按存储信号的原理不同分为：静态静态存储器和存储器和动态动态存储器两种。存储器两种。1.1.静态静态存储器是以存储器是以触发器触发器为基本单元来存储为基本单元来存储0 0和和1 1的，在不失电的，在不失电的情况下，触发器状态不会改变；的情况下，触发器状态不会改变；2.2.动态

3、动态存储器是用存储器是用电容存储电荷的效应电容存储电荷的效应来存储二值信号的。来存储二值信号的。电电容漏电容漏电会导致信息丢失，因此要求定时对电容进行充电或放会导致信息丢失，因此要求定时对电容进行充电或放电电, ,称为刷新。动态存储器都为称为刷新。动态存储器都为MOSMOS型。型。 8.1.2 半导体存储器的技术指标半导体存储器的技术指标1 1、存储容量：、存储容量：存储器中存储单元个数叫存储容量，即存放二存储器中存储单元个数叫存储容量，即存放二 进制信息的多少。每个存储单元只能存放一位二进制信息。进制信息的多少。每个存储单元只能存放一位二进制信息。 存储器中二值代码都是以字的形式出现的。存储

4、器中二值代码都是以字的形式出现的。 例如：例如：1616位二进制信息构成一个字，要存储一个字，就需要位二进制信息构成一个字，要存储一个字，就需要1616个存储单元。若存储个存储单元。若存储10241024个字，需要个字，需要102410241616个存储单元。个存储单元。通常，存储容量应表示为字数通常，存储容量应表示为字数位数。位数。 2 2、存取周期：、存取周期：一般用读一般用读(或写或写)周期来描述，连续两次读取周期来描述，连续两次读取(或写或写入入)操作所间隔的最短时间称为读操作所间隔的最短时间称为读(或写或写)周期。周期。8.2 只读存储器只读存储器 (Read Only Memory

5、) ROM一般由专用的装置写入数据，数据一旦写入，不能一般由专用的装置写入数据，数据一旦写入，不能随意改写，在切断电源之后数据也不会消失，即具有非易失性；随意改写，在切断电源之后数据也不会消失，即具有非易失性； 从工艺分从工艺分ROM器件有器件有二极管二极管、双极型双极型和和MOS型型ROM三种；三种； 按存储内容存入方式的不同，又可以分成按存储内容存入方式的不同，又可以分成固定固定ROM和和可编可编程程ROM；可编程；可编程ROM又可以细分为又可以细分为一次可编程一次可编程存储器存储器PROM、光可擦除可编程存储器光可擦除可编程存储器EPROM、电可擦除可编程存储器电可擦除可编程存储器E2P

6、ROM和和快闪存储器快闪存储器等。等。 固定固定ROM又称为掩模又称为掩模ROM，其存储的数据固定变；，其存储的数据固定变； PROM在出厂时存储内容全为在出厂时存储内容全为1(或者全为或者全为0)，用户可以根，用户可以根据需要，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为据需要，利用通用或专用的编程器，将某些单元改写为0(或或1),但只能写入一次，一经写入就不能再更改但只能写入一次，一经写入就不能再更改; EPROM：存储内容可改变，存储内容可改变，EPROM所存内容的擦去或改所存内容的擦去或改写需要专门的擦抹器和编程器实现。在工作时，也只能读出。写需要专门的擦抹器和编程器实现。在工作时，也只能

7、读出。 E2PROM：可用电擦写方法擦写。可用电擦写方法擦写。8.2.1 固定固定ROM1.与门阵列（译码器）与门阵列（译码器）所有地址码相同的所有地址码相同的ROM的译码器完全一样。的译码器完全一样。(44)的固定的固定ROM0123mmmm2.存储矩阵存储矩阵四个输出四个输出D3D2D1D0均是均是由由A1A0所组成的函数。所组成的函数。即：即：ROM又可以实现地又可以实现地址变量的任意函数。址变量的任意函数。(44)的固定的固定ROM0123mmmm3.存储单元存储单元313201311300021022131111111110000000DmmDmmmDmmDmmmmmmmmm(44)

8、的固定的固定ROM0123mmmm4.码点表示码点表示00 1 0 1 0 0 0 10 1 1 0 0 1 0 00 1 1 1 1 0 0 11 0 0 1 0 0 0 01 0 1 0 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 01 1 1 0 0 0 0 101 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 右图是一个简单的可编右图是一个简单的可编程程PROM结构示意图，它采结构示意图，它采用熔断丝结构，译码器输出用熔断丝结构，译码器输出高电平有效。出厂时，熔丝高电平有效。出厂时，熔丝是连通的，也就是全部存储是连通的，也就是全部存储单元

9、为单元为1。 如欲使某些单元改写为如欲使某些单元改写为0，只要通过编程，并给这，只要通过编程，并给这些单元通以足够大的电流将些单元通以足够大的电流将熔丝烧断即可。熔丝烧断后熔丝烧断即可。熔丝烧断后不能恢复，因此，不能恢复，因此，PROM只只能改写一次。能改写一次。8.2.2 可编程可编程ROMMOS管和管和CMOS管方面知识的补充管方面知识的补充 pMOS管是金属管是金属-氧化物氧化物-半导体半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)管管的简称；的简称；pCMOS是是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor(互补金互补金属属-氧化物氧化物

10、-半导体半导体)的简称；也就是型号相反的两个的简称；也就是型号相反的两个MOS管组合管组合在一起而形成的；在一起而形成的；p MOSFET的三个铝电极分别为：源极的三个铝电极分别为：源极s；栅极；栅极g；漏极；漏极d；p 由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅极；由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称绝缘栅极；p 通常情况下，源极通常情况下，源极S和衬底引线和衬底引线B是相互连接在一起的；是相互连接在一起的；1、N沟道增强型的结构和符号沟道增强型的结构和符号2、工作原理、工作原理 (1) GS ( GB ) =0， 两个两个N+之间之间没有导电沟道没有导电沟道u当栅源短接当栅源短接(即即 G

11、S=0)时，源区时，源区(N+型型)、衬底、衬底 (P型型)和漏区和漏区(N+型型)就形成两个背靠背的就形成两个背靠背的PN结；结； 无论无论 DS如何，其中总有一个如何，其中总有一个PN结是反偏的；结是反偏的；u反偏反偏PN结的电阻阻值很大，可高达结的电阻阻值很大，可高达1012 数量级；可以说，漏极数量级；可以说，漏极d和和源极源极s之间没有形成导电沟道，因此之间没有形成导电沟道，因此iD=0。特点：特点： GS0.3（低电平），（低电平）， iD=0 ，相当于，相当于D和和S之间断开之间断开。(2) GS ( GB ) VT时，出现时，出现N型沟道型沟道u 设设 DS=0；若在栅源之间加

12、上正向电压；若在栅源之间加上正向电压VGS， 则在栅极和则在栅极和P型硅片之间的二氧化硅介质中型硅片之间的二氧化硅介质中 便产生了一个垂直于半导体表面的、由栅极便产生了一个垂直于半导体表面的、由栅极 指向指向P型衬底的电场，但不会产生电流；型衬底的电场，但不会产生电流；u 这个电场是排斥这个电场是排斥P区的空穴而吸引电子的，因此，使栅极附区的空穴而吸引电子的，因此，使栅极附近的近的P型衬底中的空穴被排斥，留下不可移动的受主离子型衬底中的空穴被排斥，留下不可移动的受主离子(负负离子离子)，形成耗尽层，同时，形成耗尽层，同时P型衬底中的少数载流子型衬底中的少数载流子(电子电子)被被吸引到栅极下的衬

13、底表面；吸引到栅极下的衬底表面；u 当当VGS达到一定数值时，这些电子在栅极附近达到一定数值时，这些电子在栅极附近 的的P型硅表面便形成一个型硅表面便形成一个N型薄层，称为反型型薄层，称为反型 层；反型层实际上组成了源、漏两极间的层；反型层实际上组成了源、漏两极间的N型型 导电沟道；由于它是栅源正电压感应产生的，导电沟道；由于它是栅源正电压感应产生的， 也称感生沟道；也称感生沟道；u 栅源电压栅源电压 GS ( GB )愈大，作用于半导体表面的电场就愈强，愈大，作用于半导体表面的电场就愈强，吸引到吸引到P型硅表面的电子就愈多，感生沟道将愈厚，沟道电型硅表面的电子就愈多，感生沟道将愈厚，沟道电阻阻值将愈小；阻阻值将愈小； 特点：特点： GS2V(高电平高电平)，RDS很小可忽略。相当于很小可忽略。相当于DS之间导通之间导通8.3.1 静态静态RAM8.3 随机存取存储器随机存取存储器 RAM六管六管NMOS静态存储单元静态存储单元8.3.2 动态动态RAM写入数据：写入数据：令写选择线为高电平令写选择线为高电平,T1导通导通,当写入当写入1时，数据线为高电平时，数据线