教学课件第七章半导体存储器.ppt

第七章第七章 半导体存储器半导体存储器7.1概述概述半导体存储器：存储大量二值信息的半导体器件半导体存储器：存储大量二值信息的半导体器件用途：在计算机或数字系统中存储数据用途：在计算机或数字系统中存储数据 与寄存器的区别：以与寄存器的区别：以字字为单位存取，每字包含若干为单位存取，每字包含若干位位各个字的各个字的相同位通过相同位通过同一引脚同一引脚与外界联系每个字分配一个与外界联系每个字分配一个地址地址，因此内部，因此内部有地址译码器有地址译码器存储器存储器地地 址址数数 据据1分类：分类：掩模掩模ROM可编程可编程ROM（（PROM））可擦除可编程可擦除可编程ROM（（EPROM））随机存储器随机存储器RAM静态存储器静态存储器SRAM动态存储器动态存储器DRAM按按功功能能(Read- Only Memory)(Random Access Memory)(Programmable ROM)(Erasable PROM)UVEPROMEEPROM只读存储器只读存储器ROMFlash Memory(Ultra-Violet)(Electrically)电可擦除电可擦除紫外线擦除紫外线擦除(Static RAM)快闪存储器快闪存储器(Dynamic RAM)只能读出不能只能读出不能写入写入,断电不失断电不失还可以按制造工艺还可以按制造工艺分为双极型和分为双极型和MOS型两种。

型两种 主要指标：存储容量、存取速度主要指标：存储容量、存取速度 存储容量存储容量:用字数用字数×位数表示，也可只用位数表示如，某动位数表示，也可只用位数表示如，某动态存储器的容量为态存储器的容量为109位位/片27.2 只读存储器只读存储器ROM掩模只读存储器掩模只读存储器又称为固定又称为固定ROM工厂按用户要求生产出来后，按用户要求生产出来后，用户不能改动用户不能改动ROM的构成的构成 存储矩阵存储矩阵：由若干存储：由若干存储单元排列成矩阵形式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 地址译码器地址译码器：根据地址输入，在存储矩阵中选出指定的字对：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应的单元，把数据送往输出缓冲器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：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统的总线相连3D3D2D1D0按组合电路进行分析按组合电路进行分析二－四线二－四线译码器译码器A1,A0的的四个最小四个最小项项字线字线存储矩阵是四个二极管或门；存储矩阵是四个二极管或门；当当EN=0时时，， 。

D1= D3 = A0D0 = W1+ W0 = A1真值表：真值表：位线位线0011D01010D11101D21010D31010A01100A1D3 = W1+W3 = A1A0+A1A0=A0D2= W1= A1+A04可编程只读存储器可编程只读存储器PROM 用用MOS工艺制工艺制造的造的ROM的存储的存储矩阵如图：矩阵如图： 产品出厂产品出厂时存的全是时存的全是1，，用户可一次性用户可一次性写入，即把某写入，即把某些些1改为改为0但不能多次擦除不能多次擦除 存储单元多采用熔丝－－低熔存储单元多采用熔丝－－低熔点金属或多晶硅写入时设法在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熔丝上通入较大的电流将熔丝烧断516字字×8位的位的PROM十十六六条条字字线线八八条条位位线线 读出时，读出放读出时，读出放大器大器AR工作，写入工作，写入放大器放大器AW不工作 写入时，在位线写入时，在位线输入编程脉冲使写输入编程脉冲使写入放大器工作，且入放大器工作，且输出低电平，同时输出低电平，同时相应的字线和相应的字线和VCC提提高到编程电平，将高到编程电平，将对应的熔丝烧断。

对应的熔丝烧断缺点：不能重复擦除缺点：不能重复擦除6可擦除的可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器（（EPROM））一、一、EPROM（（UVEPROM）） 1.使用浮栅雪崩注入使用浮栅雪崩注入MOS管管（（Floating-gate Avalanche-Injuction MOS，简称，简称FAMOS管 写入：管子原来不导通在漏源之间加上较写入：管子原来不导通在漏源之间加上较高电压后（如高电压后（如-20V），漏极），漏极PN结雪崩击穿，结雪崩击穿，部分高速电子积累在浮栅上，使部分高速电子积累在浮栅上，使MOS管导通擦除：用紫外线或擦除：用紫外线或X射线擦除需射线擦除需20~30分钟 浮栅上电荷可长期保存－－在浮栅上电荷可长期保存－－在125℃℃环环境温度下，境温度下，70%的电荷能保存的电荷能保存10年以上存储单元如图存储单元如图 缺点：需要两个缺点：需要两个MOS管；编程电压偏高；管；编程电压偏高；P沟道管的开关速沟道管的开关速度低72.使用叠栅注入使用叠栅注入MOS管管SIMOS (Stacked-gate Injuction MOS)用用N沟道管；增加控制栅。

沟道管；增加控制栅 SIMOS管原来可导通，管原来可导通，开启电压约为开启电压约为2V 注入电荷：在注入电荷：在DS间加高电压，同时在控制栅加间加高电压，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相对较小注入电荷后其开启电压达7V，不能正常导通不能正常导通 存储单元如下页图存储单元如下页图256字字X1位已注入电荷的位已注入电荷的SIMOS管存入的是管存入的是1构造：构造：8这是一种双译码方式，这是一种双译码方式，行地址译码器和列地行地址译码器和列地址译码器共同选中一址译码器共同选中一个单元每个字只有个单元每个字只有一位二、二、EEPROM 用紫外线擦除操作复杂，用紫外线擦除操作复杂，速度很慢必须寻找新的存速度很慢必须寻找新的存储器件，使得可以用电信号储器件，使得可以用电信号进行擦除进行擦除 使用浮栅隧道氧化层使用浮栅隧道氧化层MOS管管Flotox(Floating gate Tunnel Oxide)9写入（写写入（写0））擦除（写擦除（写1））读出读出 特点：浮栅与漏区间的氧化特点：浮栅与漏区间的氧化物层极薄（物层极薄（20纳米以下），称纳米以下），称为隧道区。

当隧道区电场大于为隧道区当隧道区电场大于107V/cm时隧道区双向导通时隧道区双向导通GCGf漏极漏极 当隧道区的等效电容极当隧道区的等效电容极小时，加在控制栅和漏极间小时，加在控制栅和漏极间的电压大部分降在隧道区，的电压大部分降在隧道区，有利于隧道区导通有利于隧道区导通存储单元：存储单元：擦除和写入均利擦除和写入均利用隧道效应用隧道效应10ms10快闪存储器就是针对快闪存储器就是针对此缺点研制的此缺点研制的三、快闪存储器三、快闪存储器(Flash Memory））采用新型隧道氧化采用新型隧道氧化层层MOS管 EEPROM的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单元需两只元需两只MOS管1.隧道层在源区；隧道层在源区； 2.隧道层更薄－－隧道层更薄－－10～～15nm在控制栅和源极间加在控制栅和源极间加12V电电压即可使隧道导通压即可使隧道导通•该管特点：该管特点：117.3随机存储器（随机存储器（RAM））静态随机存储器静态随机存储器SRAM 特点：特点：RAM在工作时在工作时可随时对任意指定单元进行读或写操作。

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，所存信息就会丢失使用方便、灵活但切断电源后，所存信息就会丢失 分为静态随机存储器分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器和动态随机存储器DRAM两种也可称为读写存储器可称为读写存储器RAM的结构的结构1.存储矩阵存储矩阵2.地址译码：双译码地址译码：双译码 3.读写控制电路：读写控制电路：片选信号片选信号CS：：控制控制I/O端是否处在高阻状态端是否处在高阻状态读写控制信号读写控制信号R/ W：：控制电路处于控制电路处于读出读出还是还是写入写入状态1213图7.3.3 六管NMOS静态存储单元14二、二、SRAM的静态存储单元的静态存储单元1.六管六管NMOS静态存储单元静态存储单元2.六管六管CMOS静态存储单元静态存储单元3.双极型静态存储单元双极型静态存储单元157.4存储器容量的扩展存储器容量的扩展位扩展方式位扩展方式 方法：所有输入信号都并联（地址信号、片选信号和方法：所有输入信号都并联（地址信号、片选信号和读写信号）输出并列读写信号）输出并列N=目标存储器容量目标存储器容量已有存储器容量已有存储器容量需要片数需要片数N=8例：用例：用1024字字×1位位RAM构成构成1024字字×8位位RAM.16字扩展方式字扩展方式例：用例：用256字字×8位位RAM组成组成1024字字×8位存储器。

位存储器需要片数需要片数N＝＝4特点：必须使用译码器特点：必须使用译码器各片地址分配情况：各片地址分配情况：000H0FFH100H1FFH2FFH3FFH200H300H177.5 用存储器实现组合逻辑函数用存储器实现组合逻辑函数 ROM的每个输出都是由地址输的每个输出都是由地址输入的最小项之和的形式给出的，因入的最小项之和的形式给出的，因此可以用来实现组合逻辑函数此可以用来实现组合逻辑函数 例：用例：用ROM实现由实现由8421-BCD码到七段显示器的译码器码到七段显示器的译码器18ROM的简化表示方法的简化表示方法。