阎石数字电子技术基础 第七章7：半导体存储器

《数字电子技术基础》第四版

第七章

半导体存储器

重庆大学通信工程学院 黄智勇

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第七章

半导体存储器!单元数庞大 ！输入/出引脚数目有限

7.1 概述 能存储大量二值信息的器件 一、一般结构形式

输 入 出 电 路 输入/出 控制

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/ I/O

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存储器的存储媒介有多种，应用范围也非常广泛。

软磁盘

磁带

硬盘

内存条

光盘

优盘

重庆大学通信工程学院 数码相机用 SM卡 黄智勇

半导体存储器的特点与应用

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半导体存储器是用半导体器件来存储二值信息

的大规模集成电路。集成度高、体积小、可靠性高、价格低、外围

电路简单且易于接口、便于自动化批量生产。半导体存储器主要用于电子计算机和某些数字

系统，存放程序、数据、资料等。

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二、分类 1、从存/取功能分： ①只读存储器 (Read-Only-Memory)掩膜ROM 可编程ROM 可擦除的可编程EPROM

②随机读/写 静态RAM (Random-Access-Memory) 动态RAM 2、从工艺分： ①双极型 ②MOS型

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半导体存储器的主要技术指标1.存储容量

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存储器包含基本存储单元的总数。一个基本存储单元能存储

1位(Bit)的信息，即一个0或一个1。

存储器的读写操作是以字为单位的，每一个字可包含多个位。

例如： 容量=1K 8 (位) 8192 (位) 总容量 字长：每次可以读(写)二值码的个数

1K 210 1024 字数：2.存取时间 反映存储器的工作速度，通常用读(或写)周期来描述。重庆大学通信工程学院 黄智勇

7.2 ROM 7.2.1 掩膜ROM 一、结构

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二、举例

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A0~An-1D0 W0

W(2n-1)

Dm

地A1

址A0 D3

数D2

据D1 D0

0

0

0

1

0

1

01 1

10 1

10 1

01 1

10 1

10 0

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两个概念：

存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元”,存储单元 中有器件存入“1”,无器件存入“0”

存储器的容量：“字数 x 位数”

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掩膜ROM的特点：出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产 简单，便宜，非易失性

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7.2.2 可编程ROM(PROM)

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总体结构与掩膜ROM一样，但

存储单元不同

熔丝由易熔合金制成 出厂时，每个结点上都 有 编程时将不用的熔断 ！ ! 是一次性编程，不能改 写重庆大学通信工程学院 黄智勇

7.2.2 可编程ROM(PROM)

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总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同

写入时，要使用编程器

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7.2.3 可擦除的可编程ROM(EPROM)总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同 一、用紫外线擦除的PROM(UVEPROM)FAMOS : Floating gate Avlanche Injuction MOS

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“写入”:雪崩注入 “擦除”:通过照射产 生电子 空穴对，提供泄放通道

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SIMOS( Stacked gate Injuction MOS ) 叠栅注入 MOS管

Gc : 控制栅

工作原理：

G f : 浮置栅

若G f 上充以负电荷，则 Gc处正常逻辑高电平下不 导通 若G f 上未充负电荷，则 Gc处正常逻辑高电平下导 通

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“写入”:雪崩注入 , D S间加高压(20 ~ 25V) , 发生雪崩击穿 同时在 Gc 上加 25V ,50m s宽的正脉冲， 吸引高速电子穿过 SiO2到达 G f ,形成注入电荷 “擦除”:通过照射产 生电子 空穴对，提供泄放通道 紫外线照射 20 ~ 30分钟(阳光下一周，荧 光灯下 3年)

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二、电可擦除的可编程ROM(E2PROM) 总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同

为克服 UVEPROM 擦除慢，操作不便的缺 点 采用FLOTOX( 浮栅隧道氧化层 MOS管 )

G f 与D之间有小的隧道区， SiO2 厚度 2* 10 8 m 当场强达到一定大小( 107 V / cm) ,电子会穿越隧道 “隧道效应”重庆大学通信工程学院 黄智勇

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工作原理： G f 充电荷后，正常读出 GC电压(3V)下， T截止 未充电荷时，正常读出 GC电压(3V)下， T导通

* 充电： Wi ,GC 加20V ,10m s的正脉冲， B j 接0 电子隧道区 G f

* 放电： GC 接0,Wi , B j 加正脉冲， G f 上电荷经隧道区放电重庆大学通信工程学院 黄智勇

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三、快闪存储器(Flash Memory) 为提高集成度，省去T2(选通管) 改用叠栅MOS管(类似SIMOS管)

* G f 与衬底间S i O2更薄( 10 ~ 15nm) * G f 与S区有极小的重叠区 (隧道区)

*工作原理： 向G f 充电利用雪崩注入方式， D S加正压( 6V),Vss 接0 Gc 加12V, 10us的正脉冲重庆大学通信工程学院 黄智勇

G f 放电，利用隧道效应 G c 0 ,V ss 加12V ,100ns的正脉冲 G f 上电荷经隧道区放电