半導體存儲器分類

1、半導體存儲器一存儲器簡介存儲器（ Memory ）是現(xiàn)代信息技術(shù)中用于保存信息的記憶設備。在數(shù)字系統(tǒng)中，只要能保存二進制數(shù)據(jù)的都可以是存儲器；在集成電路中， 一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器，如RAM 、FIFO 等；在系統(tǒng)中，具有實物形式的存儲設備也叫存儲器，如內(nèi)存條、TF 卡等。計算機中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。存儲器件是計算機系統(tǒng)的重要組成部分， 現(xiàn)代計算機的內(nèi)存儲器多采用半導體存儲器。存儲器（ Memory）計算機系統(tǒng)中的記憶設備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息， 包括輸入的原始數(shù)據(jù)、 計算機程序、 中間

2、運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。 它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。 自世界上第一臺計算機問世以來， 計算機的存儲器件也在不斷的發(fā)展更新， 從一開始的汞延遲線，磁帶，磁鼓，磁芯，到現(xiàn)在的半導體存儲器，磁盤，光盤，納米存儲等，無不體現(xiàn)著科學技術(shù)的快速發(fā)展。存儲器的主要功能是存儲程序和各種 數(shù)據(jù)，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。存儲器是具有 “記憶 ”功能的設備，它采用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲信息。 這些器件也稱為記憶元件。 在計算機中采用只有兩個 數(shù)碼 “0和”“1的”二進制來表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為 “0和”“1?！比粘Ｊ褂玫氖M制

3、數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的 二進制數(shù) 才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字符， 例如英文字母、 運算符號等， 也要轉(zhuǎn)換成 二進制代碼才能存儲和操作。儲器的存儲介質(zhì)， 存儲元，它可存儲一個二進制代碼。 由若干個存儲元組成一個存儲單元， 然后再由許多存儲單元組成一個存儲器。 一個存儲器包含許多存儲單元，每個存儲單元可存放一個字節(jié)（按字節(jié)編址）。每個存儲單元的位置都有一個編號， 即地址，一般用十六進制表示。 一個存儲器中所有存儲單元可存放數(shù)據(jù)的總和稱為它的存儲容量。假設一個存儲器的地址碼由 20 位二進制數(shù)（即 5 位十六進制數(shù)）組成，則可表示 2 的 20 次方，即 1M 個存儲單元地址。每個存儲單元存

4、放一個字節(jié)，則該存儲器的存儲容量為 1MB 。1二半導體存儲器半導體存儲器 (semi-conductor memory)是一種以半導體電路作為存儲媒體的存儲器。由于對運行速度的要求，現(xiàn)代計算機的內(nèi)存儲器多采用半導體存儲器。內(nèi)存儲器 就是由稱為存儲器芯片的半導體集成電路組成。 半導體存儲器包括只讀存儲器（ ROM ）和隨機讀寫存儲器（ RAM ）兩大類。2.1 只讀存儲器只讀存儲器（英語： Read-Only Memory ，簡稱： ROM ）。ROM 所存數(shù)據(jù)，一般是裝入整機前事先寫好的， 整機工作過程中只能讀出， 而不像隨機存儲器那樣能快速地、 方便地加以改寫。 ROM 所存數(shù)據(jù)穩(wěn)定 ，斷

5、電后所存數(shù)據(jù)也不會改變；其結(jié)構(gòu)較簡單，讀出較方便，因而常用于存儲各種固定程序和數(shù)據(jù)。除少數(shù)品種的只讀存儲器（如字符發(fā)生器） 可以通用之外， 不同用戶所需只讀 存儲器的內(nèi)容不同。為便于使用和大批量生產(chǎn)， 進一步發(fā)展了可編程 只讀存儲器（PROM ）、可擦可編程序只讀存儲器 （EPROM ）和帶電可擦可編程只讀存儲器（ EEPROM ）。掩模型只讀存儲器 (MASKROM)是制造商為了要大量生產(chǎn)， 事先制作一顆有原始數(shù)據(jù)的 ROM或 EPROM當作樣本，然后再大量生產(chǎn)與樣本一樣的 ROM，這一種做為大量生產(chǎn)的 ROM樣本就是 MASK ROM，而燒錄在 MASK ROM中的資料永遠無法做修改。掩模

6、制作技術(shù)是半導體工藝技術(shù)中制作光刻工藝用的光復印掩蔽模版的技術(shù)，亦稱制版技術(shù)。半導體集成電路制作過程通常需要經(jīng)過多次光刻工藝，在半導體晶體表面的介質(zhì)層上開鑿各種摻雜窗口、電極接觸孔或在導電層上刻蝕金屬互連圖形。 光掩模制作技術(shù)大體上可分為傳統(tǒng)的刻圖縮微制版技術(shù)系統(tǒng)、計算機輔助設計、光學圖形發(fā)生器自動制版技術(shù)系統(tǒng)和以電子束掃描成像為代表的各種短波長射線成像曝光技術(shù)系統(tǒng)。可編程只讀存儲器（英文： Programmable ROM ，簡稱： PROM ）一般可編程一次。 PROM 存儲器出廠時各個存儲單元皆為 1，或皆為 0。用戶使用時，再使用編程的方法使 PROM 存儲所需要的數(shù)據(jù)。 PROM 需

7、要用電和光照的方法來編寫與存放的程序和信息。 但僅僅只能編寫一次， 第一次寫入的信息就被永久性地保存起來。 PROM 的典型產(chǎn)品是“雙極性熔絲結(jié)構(gòu)”，如果我們想改寫某些單元，則可以給這些單元通以足夠大的電流， 并維持一定的時間， 原先的熔絲即可熔斷，這樣就達到了改寫某些位的效果。 另外一類經(jīng)典的 PROM 為使用“肖2特基二極管”的PROM ，出廠時，其中的二極管處于反向截止狀態(tài)，還是用大電流的方法將反相電壓加在“肖特基二極管”，造成其永久性擊穿即可?？删幊讨蛔x存儲器是在1956 年由周文俊所發(fā)明的。 PROM 的總體結(jié)構(gòu)、 工作原理和使用方法都與掩膜ROM 相同。不同的是PROM 器件出廠時

8、在存儲矩陣的每個交叉點上均設置了二極管，并且有快速熔斷絲與二極管串連?？刹量删幊绦蛑蛔x存儲器（ EPROM ）由以色列工程師 Dov Frohman 發(fā)明，是一種斷電后仍能保留數(shù)據(jù)的計算機儲存芯片即非易失性的（非揮發(fā)性）。它是一組浮柵晶體管， 被一個提供比電子電路中常用電壓更高電壓的電子器件分別編程。一旦編程完成后， EPROM 只能用強紫外線照射來擦除。通過封裝頂部能看見硅片的透明窗口， 很容易識別 EPROM ，這個窗口同時用來進行紫外線擦除?？梢詫?EPROM 的玻璃窗對準陽光直射一段時間就可以擦除。電可擦可編程只讀存儲器 EEPROM (Electrically Erasable Pr

9、ogrammable Read-Only Memory) ，是一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的 存儲芯片 。 EEPROM可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O備上擦除已有信息，重新編程。一般用在即插即用。EEPROM是用戶可更改的只讀存儲器， 其可通過高于普通電壓的作用來擦除和重編程（重寫）。由 EPROM操作的不便，后來出的主板上BIOS ROM芯片大部分都采用EEPROM。EEPROM 的擦除不需要借助于其它設備，它是以電子信號來修改其內(nèi)容的，而且是以 Byte 為最小修改單位，不必將資料全部洗掉才能寫入，在寫入數(shù)據(jù)時，仍要利用一定的編程電壓， 此時，只需用廠商提供的專用刷新程序就可以輕而易舉地改寫內(nèi)容，所以，它屬

10、于雙電壓芯片。閃速存儲器（英文： Flash memory ）是英特爾公司 90 年代中期發(fā)明的一種高密度、非易失性的讀 /寫半導體存儲器它既有 EEPROM 的特點，又有 RAM 的特點，因而是一種全新的存儲結(jié)構(gòu)。閃存（ Flash Memory ）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息） 的存儲器， 數(shù)據(jù)刪除不是以單個的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位（注意： NOR Flash 為字節(jié)存儲），區(qū)塊大小一般為 256KB 到 20MB 。閃存是電子可擦除只讀存儲器（ EEPROM ）的變種，閃存與 EEPROM 不同的是， EEPROM 能在字節(jié)水平上進行刪除和重寫而

11、不是整個芯片擦寫， 而閃存的大部分芯片需要塊擦除。 由于其斷電時仍能保存數(shù)據(jù)，閃存通常被用來保存設置信息，如在電腦的 BIOS （基本程序）、 PDA （個人數(shù)字助理）、數(shù)碼相機中保存資料等。 NOR型閃存更像 內(nèi)存，有獨立的 地址線和數(shù)據(jù)線，但價格比較貴， 容量比較小；而 NAND型更像硬盤，地址線和數(shù)據(jù)線是共用的 I/O 線，類似 硬盤的所有信息都通過一條硬盤線傳送一般，而且3NAND型與 NOR型閃存相比，成本要低一些，而容量大得多。 閃存卡（ Flash Card ）是利用閃存（ Flash Memory ）技術(shù)達到存儲 電子信息 的存儲器，一般應用在 數(shù)碼相機，掌上電腦， MP3 等

12、小型數(shù)碼產(chǎn)品中作為 存儲介質(zhì) ，所以樣子小巧，有如一張卡片， 所以稱之為閃存卡。 根據(jù)不同的生產(chǎn)廠商和不同的應用， 閃存卡大概有 SmartMedia （SM 卡）、Compact Flash （CF 卡）、MultiMediaCard （ MMC 卡）、 Secure Digital （SD 卡）、 Memory Stick （記憶棒）、 XD-Picture Card（ XD 卡）和微硬盤（MICRODRIVE ）。EPROM是指其中的內(nèi)容可以通過特殊手段擦去，然后重新寫入。其基本單元電路（存儲細胞），常采用浮空柵雪崩注入式 MOS電路，簡稱為 FAMOS。它與 MOS電路相似，是在 N型

13、基片上生長出兩個高濃度的 P 型區(qū)，通過歐姆接觸分別引出源極 S 和漏極 D。在源極和漏極之間有一個多晶硅柵極浮空在 SiO2 絕緣層中，與四周無直接電氣聯(lián)接。這種電路以浮空柵極是否帶電來表示存 1 或者 0，浮空柵極帶電后（譬如負電荷），就在其下面，源極和漏極之間感應出正的導電溝道，使 MOS管導通，即表示存入 0。若浮空柵極不帶電，則不形成導電溝道， MOS管不導通，即存入 1。EEPROM與 EPROM相似，它是在 EPROM基本單元電路的浮空柵的上面再生成一個浮空柵， 前者稱為第一級浮空柵，后者稱為第二級浮空柵。可給第二級浮空柵引出一個電極，使第二級浮空柵極接某一電壓VG。若 VG為正

14、電壓，第一浮空柵極與漏極之間產(chǎn)生隧道效應，使電子注入第一浮空柵極，即編程寫入。若使 VG為負電壓，強使第一級浮空柵極的電子散失，即擦除。擦除后可重新寫入。閃存的基本單元電路，與 EEPROM類似，也是由雙層浮空柵 MOS管組成。但是第一層柵介質(zhì)很薄，作為隧道氧化層。寫入方法與 EEPROM相同，在第二級浮空柵加以正電壓，使電子進入第一級浮空柵。讀出方法與 EPROM相同。擦除方法是在源極加正電壓利用第一級浮空柵與源極之間的隧道效應， 把注入至浮空柵的負電荷吸引到源極。由于利用源極加正電壓擦除，因此各單元的源極聯(lián)在一起，這樣，快擦存儲器不能按字節(jié)擦除，而是全片或分塊擦除。2.2 隨機存儲器隨機存

15、取存儲器（ random access memory，RAM）又稱作“ 隨機存儲器 ”，可分為 SRAM（Static RAM，靜態(tài)隨機存取存儲器）和 DRAM（Dynamic RAM，動態(tài)隨機存取存儲器）。 SRAM曾經(jīng)是一種主要的內(nèi)存，它以 6 顆電子管組成一位存儲單元，以雙穩(wěn)態(tài)電路形式存儲數(shù)據(jù)，因此不斷電時即可正常工作，而且它的處理速度比較快而穩(wěn)定， 不過由于它結(jié)構(gòu)復雜， 內(nèi)部需要使用更多的晶體4管構(gòu)成寄存器以保存數(shù)據(jù)， 所以它采用的硅片面積相當大， 制造成本也相當高，所以現(xiàn)在常把 SRAM用在比主內(nèi)存小的多的高速緩存上。 而 DRAM的結(jié)構(gòu)相比之下要簡單的多，其基本結(jié)構(gòu)是一個電子管和一

16、個電容，具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、功耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，適合制造大容量存儲器，所以現(xiàn)在我們用的內(nèi)存大多是由 DRAM構(gòu)成的。但是，由于是 DRAM將每個內(nèi)存位作為一個電荷保存在位存儲單元中，用電容的充放電來做儲存動作，因電容本身有漏電問題，因此必須每幾微秒就要刷新一次，否則數(shù)據(jù)會丟失。所謂“ 隨機存取 ”，指的是當存儲器中的數(shù)據(jù)被讀取或?qū)懭霑r，所需要的時間與這段信息所在的位置或所寫入的位置無關(guān)。相對的，讀取或?qū)懭腠樞蛟L問（ Sequential Access）存儲設備中的信息時，其所需要的時間與位置就會有關(guān)系。它主要用來存放操作系統(tǒng) 、各種應用程序 、數(shù)據(jù)等。當電源關(guān)閉時 RAM不能保留 數(shù)

17、據(jù) 。如果需要保存數(shù)據(jù)，就必須把它們寫入一個長期的存儲設備中（例如 硬盤）。 RAM和 ROM相比，兩者的最大區(qū)別是RAM在斷電以后保存在上面的數(shù)據(jù)會自動消失，而ROM不會自動消失，可以長時間斷電保存。隨機存取存儲器對環(huán)境的靜電荷非常敏感。靜電會干擾存儲器內(nèi)電容器的電荷，引致數(shù)據(jù)流失，甚至燒壞電路。故此觸碰隨機存取存儲器前，應先用手觸摸金屬接地?，F(xiàn)代的隨機存取存儲器依賴電容器存儲數(shù)據(jù)。電容器充滿電后代表 1( 二進制 ) ，未充電的代表 0。由于電容器或多或少有漏電的情形，若不作特別處理，數(shù)據(jù)會漸漸隨時間流失。刷新是指定期讀取電容器的狀態(tài)，然后按照原來的狀態(tài)重新為電容器充電，彌補流失了的 電荷

18、。需要刷新正好解釋了隨機存取存儲器的易失性。靜態(tài)隨機存儲器 (SRAM)靜態(tài)存儲單元是在靜態(tài)觸發(fā)器的基礎上附加門控管而構(gòu)成的。因此，它是靠觸發(fā)器的自保功能存儲數(shù)據(jù)的。動態(tài) RAM的存儲矩陣由動態(tài) MOS存儲單元組成。 動態(tài) MOS存儲單元利用 MOS管的柵極電容來存儲信息，但由于柵極電容的容量很小，而漏電流又不可能絕對等于 0，所以電荷保存的時間有限。為了避免存儲信息的丟失，必須定時地給電容補充漏掉的電荷。通常把這種操作稱為“刷新”或“再生”，因此 DRAM內(nèi)部要有刷新控制電路，其操作也比靜態(tài) RAM復雜。盡管如此，由于 DRAM存儲單元的結(jié)構(gòu)能做得非常簡單，所用元件少，功耗低，已成為大容量

19、RAM的主流產(chǎn)品。RAM電路由地址譯碼器、存儲矩陣和讀寫控制電路三部分組成，存儲矩陣由觸發(fā)器排列而成，每個觸發(fā)器能存儲一位數(shù)據(jù)(0 或 1) 。通常將每一組5存儲單元編為一個地址，存放一個“字”；每個字的位數(shù)等于這一組單元的數(shù)目。存儲器的容量以“字數(shù)×位數(shù)”表示。地址譯碼器將每個輸入的地址代碼譯成高 ( 或低 ) 電平信號，從存儲矩陣中選中一組單元，使之與讀寫控制電路接通。在讀寫控制信號的配合下，將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭?。隨機存儲器 ，是與 CPU直接交換數(shù)據(jù)的 內(nèi)部存儲器 ，也叫主存 ( 內(nèi)存 ) 。它可以隨時讀寫， 而且速度很快， 通常作為 操作系統(tǒng) 或其他正在運行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲

20、媒介。內(nèi)存是計算機中重要的部件之一， 它是與 CPU進行溝通的橋梁。 計算機中所有程序的運行都是在 內(nèi)存中進行的，因此內(nèi)存的性能對計算機的影響非常大。內(nèi)存 (Memory)也被稱為 內(nèi)存儲器 ，其作用是用于暫時存放 CPU中的運算數(shù)據(jù)，以及與 硬盤等外部存儲器 交換的數(shù)據(jù)。6附：淺談半導體器件的發(fā)展歷程1833 年，英國的巴拉迪最先發(fā)現(xiàn)硫化銀電阻率隨溫度變化的規(guī)律不同于一般金屬，這是首次發(fā)現(xiàn)的半導體現(xiàn)象。1839 年，法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會產(chǎn)生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應，這是被發(fā)現(xiàn)的半導體的第二個特征。1873 年，英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在

21、光照下電阻率減小，這就是半導體的光電導效應，它是半導體的第四個特性。1874 年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電阻率與所加電場的方向有關(guān)，也是半導體所特有的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應。1947年 12 月 23 日，第一塊具體管在貝爾實驗室誕生，人類進入了飛速發(fā)展的電子時代。1952年， Ebers 提出可控硅器件 (Thyristor)基本模型。1954年，貝爾實驗室的闕平 (Chapin) 等人發(fā)表 PN結(jié)硅太陽能電池 (Solarcell)。 1957 年，Kroemer 提出異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 (HBT) ，這種器件具有更快的速度。1958 年，日本的江畸(

22、Esaki) 發(fā)現(xiàn)重摻雜 PN結(jié)具有負阻效應，他因此項貢獻而獲得1973 年度的諾貝爾物理獎。1958年至 1959 年，德州儀器公司的 Kilby和仙童半導體公司的Noyce 分別單獨發(fā)明了在鍺和硅襯底上集成數(shù)個晶體管和電阻、電容的集成電路(Integratedcircuit)。從此開創(chuàng)了稱為微電子技術(shù)發(fā)展進步和廣泛深入應用的新紀元，即微電子革命。1960年，由于表面態(tài)問題得到了有限控制，貝爾實驗室的Kahng 和 Atalla 成功地研制出第一只實用型金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET。1962年， Hall 等人研制成功第一個半導體激光二極管。1963年， Kroemer 等人發(fā)表異質(zhì)結(jié)半導體激光二極管。1963年， Gunn提出轉(zhuǎn)移電子二極管 , 被稱為耿氏