Масочные пзу

Микросхемы масочных ПЗУ типа ROM изготавливаются способом напыления на основание (подложку) ряда слоев полупроводниковых и проводящих материалов, места напыления каждого слоя материала определяются шаблонами (масками). Программирование заключается в напылении проводящих элементов, определяющих режим работы активных элементов отдельных ячеек памяти (диодов и транзисторов). Можно оставить активный элемент в рабочем открытом состоянии, чтобы через него проходил ток, или исключить возможность прохождения тока (см. схемы ПЗУ на диодах и транзисторах). Специальный шаблон (маска) определяет, какие перемычки в активных элементах ячеек памяти уставить путем напыления проводника при изготовлении отдельных слоев микросхемы, а какие не устанавливать. Программирование может заключаться также в изготовлении активных элементов, когда требуется записать активный уровень сигнала, либо не изготовлении элемента, если записывается пассивный уровень.

Такие ЗУ обычно выпускаются большими партиями, отличаются максимальной плотностью расположения отдельных элементов памяти и дешевизной. Они программируются однократно при их изготовлении.

Программируемые пзу

Программируемые ПЗУ (PROM) могут программироваться как при изготовлении, так и пользователем с помощью специальных устройств – программаторов. В этом случае при изготовлении микросхемы устанавливаются все элементы и все соединения у всех элементов памяти (при этом все элементы оказываются в рабочем состоянии), а при программировании в отдельные элементы подается повышенный ток, который выжигает в них перемычки. Повторное программирование ППЗУ не допускается.

Логические элементы, которые находятся в точках пересечения адресных шин и шин считывания ПЗУ (элементы памяти), могут изготавливаться на основе диодов или транзисторов. При изготовлении ПЗУ сначала в узлах решетки размещаются активные элементы (диоды или транзисторы) со всеми соединительными элементами (как в масочных ПЗУ). При программировании (записи в них необходимой для хранения информации) вносятся изменения посредством выжигания отдельных перемычек.

В программируемых ПЗУ в качестве элемента памяти используются также два встречно включенных диода, которые в обычном состоянии имеют высокое сопротивление. При программировании для записи единицы к диодам прикладывают повышенное напряжение, пробивающее обратно смещенный диод, в котором образуется проводящий слой (аналог перемычки).

Использование плавких перемычек упрощает процесс программирование ЗУ, но перемычки занимают много места, вследствие чего падает уровень интеграции микросхем. Заметим, что в ЗУ с плавкими перемычками возможно восстановление проводимости через некоторое время.

Более сложное программирование с использованием элементов памяти требует более сложных программаторов, но повышает емкость микросхем памяти.

6.4. Перепрограммируемые запоминающие устройства

В ПЗУ информация может вноситься только один раз за все время его работы в заводских условиях или пользователем. Однако часто возникает необходимость в процессе работы с устройствами памяти заменить записанную в них информацию. Это можно сделать в репрограммируемых запоминающих устройствах (РПЗУ), информация в ячейках памяти которых может стираться и вновь записываться (перезаписываться).

По способу стирания старой информации различают РПЗУ со стиранием ультрафиолетовыми лучами и с электрическим стиранием.

РПЗУ, в которых программирование производится ультрафиолетовым освещением, называют РПЗУ типа EPRON (в русской терминологии РПЗУ-УФ), а использованием электронного стирания и записи информации - EEPRON (E²PRON или РПЗУ-ЭС).

Запоминающими элементами РПЗУ являются транзисторы типов МНОП и ЛИЗМОП.

Транзистор МНОП (как ячейка памяти) изготавливается на основе МОП-транзистора, между металлическим затвором и слоем изолирующего оксида которого осаждается слой нитрида кремния, в результате чего образуется транзистор с двухслойным подзатворным диэлектриком. На границе диэлектрических слоев возникают центры захвата зарядов. Заряд, накопленный на затворе транзистора, открывает транзистор. При отсутствии заряда транзистор окажется закрытым.

Для МНОП-транзистора с каналом n-типа отрицательный заряд на границе раздела слоев повышает пороговое напряжение, в результате чего он не сможет открыться рабочим напряжением на его затворе, используемым при чтении информации. При отсутствии заряда на границе раздела слоев при рабочем напряжении транзистор легко открывается.

Эти два противоположных состояния транзистора можно трактовать как состояния хранения уровней единицы и нуля.

При программировании используется высокое напряжение, при котором за счет туннельного эффекта происходит прохождение носителей заряда через диэлектрик и его накопление на границе раздела. При снятии напряжения программирования прохождение заряда прекращается и он сохраняется на границе раздела.

Нитрид кремния может хранить накопленный заряд достаточно длительное время (до 10 лет). Удалить заряд можно подачей на затвор стирающего импульса. После удаления зарядов с затворов транзисторов можно записать в них новую информацию. Это РПЗУ с электрическим стиранием.

Транзисторы с лавинной инжекцией заряда (ЛИЗМОП) имеют плавающий затвор, который может быть либо единственным, либо вторым (дополнительным). Транзисторы с одним плавающим затвором стирают ультрафиолетовым освещением, а транзисторы с двойным затвором – пригодны как для ППЗУ-УФ, так и для ППЗУ-ЭС.

В транзисторах с двойным затвором дополнительный затвор размещается между управляющим затвором и областью канала. Он представляет собой участок проводящего материала, окруженный диэлектриком. При подаче на управляющий затвор импульса достаточно большой амплитуды в плавающем затворе накапливается заряд за счет лавинной инжекции заряда, который может храниться там долгое время. Накопленный в плавающем затворе заряд увеличивает пороговое напряжение транзистора настолько, что в диапазоне рабочих напряжений транзистор остается закрытым (канал в нем не создается). При отсутствии заряда в плавающем затворе транзистор работает в обычном режиме.

Удаление заряда с плавающего затвора может производиться как электрическим путем, так и ультрафиолетовым освещением. В последнем случае в корпусе транзистора имеется прозрачное окно для облучения кристалла.

Устройства перепрограммируемой памяти позволяют записывать информацию ограниченное число раз – от десятков до сотен тысяч. Стирание информации и ее повторная запись занимают достаточно много времени – до нескольких секунд.