2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体存储器

半导体存储器（2）一次性可编程ROM（PROM）。出厂时，存储内容全为1（或全为0），用户可根据自己的需要编程，但只能编程一次。半导体存储器一．ROM的分类按照数据写入方式特点不同，ROM可分为以下几种：（1）固定ROM。厂家把数据写入存储器中，用户无法进行任何修改。（3）光可擦除可编程ROM（EPROM）。采用浮栅技术生产的可编程存储器。其内容可通过紫外线照射而被擦除，可多次编程。（5）快闪存储器（FlashMemory）。也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，一般一只芯片可以擦除/写入100万次以上。（4）电可擦除可编程ROM（E2PROM）。也是采用浮栅技术生产的可编程ROM，但是构成其存储单元的是隧道MOS管，是用电擦除，并且擦除的速度要快的多（一般为毫秒数量级）。E2PROM的电擦除过程就是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。适合于大批量生产使用，性价比高。适合于小批量试产使用，有保密位，可以加密。价格较高。程序调试期间使用二．ROM的结构及工作原理ROM结构译码驱动MXN矩阵字X位读出放大，选择电路A1A2AnW0W1WM-1B0B1BN-1字线位线由三部分组成：☆

地址译码器☆

存储矩阵☆

读出放大，选择电路当地址译码器选中某一个字线后，该字线的若干位同时读出。212＝4096字XN位（N=8、16、32）地址码输入☆12位地址读写控制ROM的基本工作原理：由地址译码器和或门存储矩阵组成。例：存储容量为4×4的ROMROM真值表7.4.1固定ROM地址存储内容A1A0D3D2D1D000011011010110100111111011输出缓冲VCCA1A0D1D3D2D0地址译码器存储单元字线分析已存入数据的固定ROM电路。（二极管作存储单元）☆地址译码器☆存储单元

地址译码器是一个与门阵列，每一个字线对应一个最小项，且是全部最小项。

存储单元是一个或门阵列，每一个位线是将所对应的与项相加，是最小项之和。位线（1）电路组成：（2）输出信号表达式：１．二极管固定ROM11输出缓冲VCCA1A0D1D3D2D0地址译码器存储单元☆

地址译码器（字线）和存储矩阵（位线）之间的关系。A1A0D3D2D1D000010101101010011111111001011010011111100011字线W和位线D的每个交叉点都是一个存储单元。交叉点接二极管时相当于存1，没有接二极管相当于存0。交叉点的数目就是存储单元数。存储容量＝字数X位数＝4X4交叉点还可以接三极管、MOS管等。只有W0为1其余为字线为00110有0为0，全1为1。有1为1，全0为0。或阵列与阵列11&&&&≥1≥1≥1≥1●●●●●●●●A1A0W0W1W2W3Y3Y2Y1Y0●●●●●●●●••••W0Y0R(b)或门Y0W1W2W3(c)地址译码器和存储矩阵的阵列图图7-4-1

4×4位二极管固定ROM固定ROM的阵列图由与阵列和或阵列组成。与阵列和地址译码器相对应，用实心点标注地址码；或阵列对应于存储矩阵，实心点表示接有二极管。D3Y3Y2Y1Y0W0A0A1地址译码器W1W2W3D2D1D01111VDD图7-4-2

4×4

NMOS管固定ROM２．MOS管固定ROM字线和位线的交叉处代表一个存储单元，有NMOS管表示存1，否则表示存0。

A1A0D3D2D1D00000000100011011101111117.4.2可编程ROM（PROM

）

PROM在出厂时，存储的内容为全1（或全0），用户可根据需要将某些单元改写为0（或1）。VCCＷiTYjAWDZARDj图7-4-3

双极型PROM存储

单元和读/写放大器读/写放大

器(1路)熔丝

特点：工作速度快，但只能进行一次性编程处理。

用户编程：

选择相应地址，使Ｗi＝1；在Dj端施加高电压正脉冲，使得AW输出为低电平，有较大的脉冲电流从VCC经三极管流过熔丝，并将熔丝熔断，从而使本单元信息改写为0。编程前的PROM存储矩阵字线位线二极管PROM的结构示意图7.4.2可编程ROM（PROM

）编程后的PROM地址A1A0D3D2D1D0内容000101111000110110110101

EPROM封装出厂时，浮栅均无电荷，存储单元的信息为全１。

浮栅是与四周绝缘的一块导体控制栅上加正电压，P型衬底上部感生出电子，可产生N型反型层使NMOS管导通如果浮栅带负电，则在衬底上部感生出正电荷，阻碍控制栅开启MOS管。开启需要更高的电压。加相同栅电压时，浮栅带电与否，表现为MOS管的通和断叠栅（SIMOS）管用浮栅是否累积有负电荷来存储二值数据。3～4μmN+N+SiO2P型硅衬底SGD控制栅

(多晶硅)浮栅

(多晶硅)图7-4-5

叠层栅MOS管剖面示意图

用户编程（写0）：漏极和源极（接地）之间加高电压，控制栅极加高电压脉冲,形成雪崩效应，产生大量高能电子，在栅极高电压的吸引下，穿透栅极绝缘层，部分堆积在浮栅上使浮栅带负电。擦除：用紫外线照射使浮栅上电子形成光电流释放