第8章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

1、第第8章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器8.1 概述概述8.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM) 8.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)6.1 6.2 6.3 8.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器概述概述 8.1.1 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及分類按照內(nèi)部信息的存取方式不同分為：按照內(nèi)部信息的存取方式不同分為：1.1.只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM。用于存放永久性的、不變的數(shù)據(jù)。用于存放永久性的、不變的數(shù)據(jù)。2.2.隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。用于存放一些臨時(shí)性的數(shù)據(jù)或中間。用于存放一些臨時(shí)性的數(shù)據(jù)或中間結(jié)果，需要經(jīng)常改變存儲(chǔ)內(nèi)容。結(jié)果，需要經(jīng)常改變存儲(chǔ)內(nèi)容。數(shù)字系統(tǒng)中用于存

2、儲(chǔ)大量二進(jìn)制信息的器件是存儲(chǔ)器。數(shù)字系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)大量二進(jìn)制信息的器件是存儲(chǔ)器。穿孔卡片穿孔卡片紙帶紙帶磁芯存儲(chǔ)器磁芯存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：容量大、體積小、功耗低、存取速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)：容量大、體積小、功耗低、存取速度快、使用壽命長(zhǎng)等。度快、使用壽命長(zhǎng)等。 8.1.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)8.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 (Read Only Memory) ROM一般由專用的裝置寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦寫入，不能一般由專用的裝置寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一旦寫入，不能隨意改寫，在切斷電源之后數(shù)據(jù)也不會(huì)消失，即具有非易失性；隨意改寫，在切斷電源之后數(shù)據(jù)也不會(huì)消

3、失，即具有非易失性； 從工藝分從工藝分ROM器件有器件有二極管二極管、雙極型雙極型和和MOS型型ROM三種；三種； 按存儲(chǔ)內(nèi)容存入方式的不同，又可以分成按存儲(chǔ)內(nèi)容存入方式的不同，又可以分成固定固定ROM和和可編可編程程ROM；可編程；可編程ROM又可以細(xì)分為又可以細(xì)分為一次可編程一次可編程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器PROM、光可擦除可編程存儲(chǔ)器光可擦除可編程存儲(chǔ)器EPROM、電可擦除可編程存儲(chǔ)器電可擦除可編程存儲(chǔ)器E2PROM和和快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器等。等。 固定固定ROM又稱為掩模又稱為掩模ROM，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)固定變；，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)固定變； PROM在出廠時(shí)存儲(chǔ)內(nèi)容全為在出廠時(shí)存儲(chǔ)內(nèi)容全為1(或者全為或者

4、全為0)，用戶可以根，用戶可以根據(jù)需要，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐?，將某些單元改寫為?jù)需要，利用通用或?qū)Ｓ玫木幊唐?，將某些單元改寫?(或或1),但只能寫入一次，一經(jīng)寫入就不能再更改但只能寫入一次，一經(jīng)寫入就不能再更改; EPROM：存儲(chǔ)內(nèi)容可改變，存儲(chǔ)內(nèi)容可改變，EPROM所存內(nèi)容的擦去或改所存內(nèi)容的擦去或改寫需要專門的擦抹器和編程器實(shí)現(xiàn)。在工作時(shí)，也只能讀出。寫需要專門的擦抹器和編程器實(shí)現(xiàn)。在工作時(shí)，也只能讀出。 E2PROM：可用電擦寫方法擦寫。可用電擦寫方法擦寫。8.2.1 固定固定ROM1.與門陣列（譯碼器）與門陣列（譯碼器）(44)的固定的固定ROM0123mmmm2.存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣

5、四個(gè)輸出四個(gè)輸出D3D2D1D0均是均是由由A1A0所組成的函數(shù)。所組成的函數(shù)。即：即：ROM又可以實(shí)現(xiàn)地又可以實(shí)現(xiàn)地址變量的任意函數(shù)。址變量的任意函數(shù)。(44)的固定的固定ROM0123mmmm3.存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元313201311300021022131111111110000000DmmDmmmDmmDmmmmmmmmm(44)的固定的固定ROM0123mmmm4.碼點(diǎn)表示碼點(diǎn)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

6、101 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 右圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的可編右圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的可編程程PROM結(jié)構(gòu)示意圖，它采結(jié)構(gòu)示意圖，它采用熔斷絲結(jié)構(gòu)，譯碼器輸出用熔斷絲結(jié)構(gòu)，譯碼器輸出高電平有效。出廠時(shí)，熔絲高電平有效。出廠時(shí)，熔絲是連通的，也就是全部存儲(chǔ)是連通的，也就是全部存儲(chǔ)單元為單元為1。 如欲使某些單元改寫為如欲使某些單元改寫為0，只要通過(guò)編程，并給這，只要通過(guò)編程，并給這些單元通以足夠大的電流將些單元通以足夠大的電流將熔絲燒斷即可。熔絲燒斷后熔絲燒斷即可。熔絲燒斷后不能恢復(fù)，因此，不能恢復(fù)，因此，PROM只只能改寫一次。能改寫一次。

7、8.2.2 可編程可編程ROMMOS管和管和CMOS管方面知識(shí)的補(bǔ)充管方面知識(shí)的補(bǔ)充 pMOS管是金屬管是金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor)管管的簡(jiǎn)稱；的簡(jiǎn)稱；pCMOS是是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor(互補(bǔ)金互補(bǔ)金屬屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體半導(dǎo)體)的簡(jiǎn)稱；也就是型號(hào)相反的兩個(gè)的簡(jiǎn)稱；也就是型號(hào)相反的兩個(gè)MOS管組合管組合在一起而形成的；在一起而形成的；p MOSFET的三個(gè)鋁電極分別為：源極的三個(gè)鋁電極分別為：源極s；柵極；柵極g；漏極；漏極d；p 由于柵極與源極、漏極均無(wú)電接觸，故稱絕緣柵

8、極；由于柵極與源極、漏極均無(wú)電接觸，故稱絕緣柵極；p 通常情況下，源極通常情況下，源極S和襯底引線和襯底引線B是相互連接在一起的；是相互連接在一起的；1、N溝道增強(qiáng)型的結(jié)構(gòu)和符號(hào)溝道增強(qiáng)型的結(jié)構(gòu)和符號(hào)2、工作原理、工作原理 (1) GS ( GB ) =0， 兩個(gè)兩個(gè)N+之間之間沒有導(dǎo)電溝道沒有導(dǎo)電溝道u當(dāng)柵源短接當(dāng)柵源短接(即即 GS=0)時(shí)，源區(qū)時(shí)，源區(qū)(N+型型)、襯底、襯底 (P型型)和漏區(qū)和漏區(qū)(N+型型)就形成兩個(gè)背靠背的就形成兩個(gè)背靠背的PN結(jié)；結(jié)； 無(wú)論無(wú)論 DS如何，其中總有一個(gè)如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反偏的；結(jié)是反偏的；u反偏反偏PN結(jié)的電阻阻值很大，可高達(dá)結(jié)的電阻阻值很

9、大，可高達(dá)1012 數(shù)量級(jí)；可以說(shuō)，漏極數(shù)量級(jí)；可以說(shuō)，漏極d和和源極源極s之間沒有形成導(dǎo)電溝道，因此之間沒有形成導(dǎo)電溝道，因此iD=0。特點(diǎn)：特點(diǎn)： GS0.3（低電平），（低電平）， iD=0 ，相當(dāng)于，相當(dāng)于D和和S之間斷開之間斷開。(2) GS ( GB ) VT時(shí)，出現(xiàn)時(shí)，出現(xiàn)N型溝道型溝道u 設(shè)設(shè) DS=0；若在柵源之間加上正向電壓；若在柵源之間加上正向電壓VGS， 則在柵極和則在柵極和P型硅片之間的二氧化硅介質(zhì)中型硅片之間的二氧化硅介質(zhì)中 便產(chǎn)生了一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的、由柵極便產(chǎn)生了一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的、由柵極 指向指向P型襯底的電場(chǎng)，但不會(huì)產(chǎn)生電流；型襯底的電場(chǎng)，但不會(huì)產(chǎn)生

10、電流；u 這個(gè)電場(chǎng)是排斥這個(gè)電場(chǎng)是排斥P區(qū)的空穴而吸引電子的，因此，使柵極附區(qū)的空穴而吸引電子的，因此，使柵極附近的近的P型襯底中的空穴被排斥，留下不可移動(dòng)的受主離子型襯底中的空穴被排斥，留下不可移動(dòng)的受主離子(負(fù)負(fù)離子離子)，形成耗盡層，同時(shí)，形成耗盡層，同時(shí)P型襯底中的少數(shù)載流子型襯底中的少數(shù)載流子(電子電子)被被吸引到柵極下的襯底表面；吸引到柵極下的襯底表面；u 當(dāng)當(dāng)VGS達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，這些電子在柵極附近達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，這些電子在柵極附近 的的P型硅表面便形成一個(gè)型硅表面便形成一個(gè)N型薄層，稱為反型型薄層，稱為反型 層；反型層實(shí)際上組成了源、漏兩極間的層；反型層實(shí)際上組成了源、漏兩極間

11、的N型型 導(dǎo)電溝道；由于它是柵源正電壓感應(yīng)產(chǎn)生的，導(dǎo)電溝道；由于它是柵源正電壓感應(yīng)產(chǎn)生的， 也稱感生溝道；也稱感生溝道；u 柵源電壓柵源電壓 GS ( GB )愈大，作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)就愈強(qiáng)，愈大，作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)就愈強(qiáng)，吸引到吸引到P型硅表面的電子就愈多，感生溝道將愈厚，溝道電型硅表面的電子就愈多，感生溝道將愈厚，溝道電阻阻值將愈小；阻阻值將愈?。?特點(diǎn)：特點(diǎn)： GS2V(高電平高電平)，RDS很小可忽略。相當(dāng)于很小可忽略。相當(dāng)于DS之間導(dǎo)通之間導(dǎo)通8.3.1 靜態(tài)靜態(tài)RAM8.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM六管六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元靜態(tài)存儲(chǔ)單元8.3.2 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM寫入數(shù)據(jù)：寫入數(shù)據(jù)：令寫選擇線為高電平令寫選擇線為高電平,T1導(dǎo)通導(dǎo)通,當(dāng)寫入當(dāng)寫入1時(shí)，數(shù)據(jù)線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線為高電平,通過(guò)通過(guò)T1對(duì)對(duì)C充電充電,1信號(hào)便存到信號(hào)便存到C上。上。8.