Постоянные запоминающие устройства типа EPROM и EEPROM.

В репрограммируемых ПЗУ типов EPROM и EEPROM (или E2PROM) возможны стирание старой информации и замена ее новой в результате специального процесса, для проведения которого ЗУ выводится из рабочего режима.

По способу стирания старой информации различают ПЗУ со стиранием ультрафиолетовыми лучами (EPROM или в русской терминологии РПЗУ-УФ, т.е. репрограммируемые ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием) и электрическим стиранием (E2PROM или РПЗУ-ЭС).

Электроприводами современных РПЗУ являются транзисторы типов МНОП (метал — нитрид — оксид — полупроводник) и ЛИЗМОП (лавинная инжекция заряда).

МНОП-транзистор отличается от обычного МОП-транзистора двухслойным подзатворным диэлектриком. На поверхности кристалла расположен тонкий слой диоксида кремния Si02, далее — более толстый слой нитрида кремния Si3N4 и затем — затвор (рис. 11.46, а). На границе диэлектрических слоев возникают центры захвата заряда. Этот заряд и является носителем информации, хранимой МНОП- транзистором. Заряд записывают созданием под затвором напряженности электрического поля, достаточной для возникновения туннельного перехода носителей заряда через тонкий слой Si02. Наличие заряда влияет на пороговое напряжение транзистора.

Для МНОП-транзистора с п-каналом отрицательный заряд увеличивает пороговое напряжение (транзистор закрыт), а положительный заряд уменьшает пороговое напряжение (транзистор открыт).

Заряды создаются при подаче напряжения на затвор: +U3 создает отрицательные заряды, а — U3 — положительные). Одно из состояний МНОП-транзистора принимается за «лог.О», другое — за «лог.1».

При программировании используется напряжение около 20 В. После 104—106 перезаписей МНОП-транзистор перестает устойчиво хранить заряд. РПЗУ на МНОП-транзисторах энергонезависимы и могут хранить информацию месяцами, годами и десятками лет. Перед новой записью старая информация стирается записью нулей во все ЭП. Тип ПЗУ —РПЗУ-ЭС.

Структуры транзисторов МНОП (а) и ЛИЗМОП с двойным

Рис. 11.46. Структуры транзисторов МНОП (а) и ЛИЗМОП с двойным

затвором (б)

Транзисторы типа ЛИЗМОП всегда имеют так называемый плавающий затвор, который может быть единственным или вторым, дополнительным к обычному (управляющему) затвору. Транзисторы с одним плавающим затвором используются в ЗУ типа РПЗУ-УФ, а транзисторы с двойным затвором пригодны для применения как в РПЗУ-УФ, так и в РПЗУ-ЭС. На рис. 11.46, б приведен более современный тип — ЛИЗ- МОП-транзистор с двойным затвором.

Принцип работы ЛИЗМОП с двойным затвором близок к принципу работы МНОП-транзистора — здесь также между управляющим затвором и областью канала помещается область, в которую при программировании можно вводить заряд, влияющий на величину порогового напряжения транзистора. Только область введения заряда представляет собою не границу раздела слоев диэлектрика, а окруженную со всех сторон диэлектриком проводящую область (обычно из поликристалли- ческого кремния), в которую, как в ловушку, можно ввести заряд, способный сохраняться в ней в течение очень длительного времени. Эта область и называется плавающим затвором.

При подаче на управляющий затвор, исток и сток импульса положительного напряжения относительно большой амплитуды 20—25 В в обратно смещенных рп-переходах возникает лавинный пробой, область которого насыщается электронами. Часть электронов, имеющих энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера диэлектрической области, проникает в плавающий затвор. Снятие высокого программирующего напряжения восстанавливает обычное состояние областей транзистора и запирает электроны в плавающем затворе, где они могут находиться многие годы.

Отрицательный заряд плавающего затвора увеличивает пороговое напряжение настолько, что транзистор всегда закрыт.

При отсутствии заряда транзистор работает в обычном ключевом режиме. Для стирания информации УФ-лучами в корпусе делают окошко. УФ-лучи вызывают фототоки и тепловые токи и заряды покидают плавающий затвор. Время стирания — десятки минут. Число циклов перезаписи — 10—100.

При электрическом стирании на затвор подается нулевое напряжение, а на сток и исток — высокое напряжение программирования. Электрическое стирание имеет преимущества: можно стирать информацию не со всего кристалла, а выборочно для каждого адреса; длительность процесса «стирание-запись» значительно меньше; число циклов перепрограммирования составляет 104—106. В последнее время электрическое стирание вытесняет УФ-стирание.

Подключение двухзатворных ЛИЗМОП-транзисторов к линиям выборки строк и линиям чтения в матрицах ЗУ показано на рис. 11.47.

Запись логического нуля осуществляется путем заряда плавающего затвора инжекцией «горячих» электронов в режиме программирования. Стирание информации, под которым понимается удаление заряда из плавающего затвора, приводит к записи во все запоминающие элементы логических единиц, так как в данном случае опрашиваемые транзисторы открываются и передают напряжение Ucc на линии считывания.

Среди отечественных РПЗУ-УФ наиболее распространены ИМС серии К573, например: К573РФ2, К573РФ9. К РПЗУ-ЭС относятся, например, ИМС: КР558РР2, КР1601РРЗ, КР1628РР1.

Условные графические обозначения некоторых ИМС ПЗУ приведены на рис. 11.48.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >