Репрограммируемые ПЗУ

Рис. 2. Элементы памяти РПЗУ

а) со структурой МНОП б) передаточная характеристика МНОП- транзистора в) со структурой ЛИЗМОП - транзистора г) расположение ЭП в накопителе

В этом состоя­нии передаточная характеристика МНОП-транзистора занимает положение с более высоким порогом отпирания. Процесс программирования микросхем ЭСППЗУ происходит в два этапа. На первом этапе стирают информацию во всех МНОП - элементах памяти. Для этого импульсом напряжения отрицательной полярности, прикладываемым на затвор относительно подложки, с амплитудой 30 . 40 В электроны вытесняются из подзатворного диэлектрика в подложку. Следовательно, при стирании ин­формации элемент памяти получает состояние лог. 0. На втором этапе произ­водят выборочную запись в нужные ЭП лог. 1 импульсом напряжения поло­жительной полярности, подаваемым на затвор относительно подложки. На практике режимы стирания и записи осуществляют напряжением одной полярности: отрицательной для рМНОП - элементов и положительной для nМНОП - элементов памяти. Эта возможность основана на использовании явле­ния лавинной инжекции электронов под затвор, которая происходит при соеди­нении затвора с подложкой и подаче на сток и исток импульса напряжения относительно подложки и затвора такой полярности, чтобы переходы между под­ложкой и стоком, истоком оказались под обратным смещением. Амплитуда им­пульса должна быть достаточной для возникновения в переходах электриче­ского пробоя. Типичные значения напряжения программирования лежат в пре­делах 20 . 30 В. В результате электрического пробоя переходов в них происходит лавинное размножение носителей заряда и инжекция части этих носителей, обладающих достаточной кинетической энергией, на границу между слоями подзатворного диэлектрика. При считывании на затвор подают напряжение Uсч, значение которого ле­жит между двумя пороговыми уровнями. Если в МНОП-транзистор записана единица, то он откроется, а при нуле останется в закрытом состоянии. В за­висимости от этого, как видно из рис. 2, г, в разрядной шине либо будет протекать ток на выход, либо нет. Усилитель считывания трансформирует со­стояние шины в сигнал с уровнем лог. 0 или лог. 1 на выходе микросхемы. Микросхемы с элементами памяти на рМНОП-транзисторах имеют сравни­тельно низкое быстродействие, высокое напряжение программирования 30 . . 40 В и требуют двух источников питания. Для улучшения характеристик микросхем ЭСППЗУ широко применяют тех­нологию n-канальных МНОП-структур. Такие элементы памяти устроены ана­логично рассмотренным, но имеют обратный тип проводимости подложки, сто­ка и истока. Микросхемы на nМНОП-транзисторах обладают втрое превосхо­дящим быстродействием, сниженным до 21 .25 В напряжением программиро­вания и работают от одного источника питания. Элемент памяти на транзисторе ЛИЗМОП с двойным затвором показан на рис. 2. Он представляет собой n - канальный МОП-транзистор, у которого в подзатворном однородном диэлектрике окисла кремния сформирована изо­лированная проводящая область из металла или поликрнсталлического крем­ния. Этот затвор получил название «плавающий», поскольку при наведении на нем электрического заряда его потенциал может изменяться в широких преде­лах, т. е. быть «плавающим». В режиме программирования на управляющий затвор, исток и сток пода­ют импульс напряжения программирования положительной полярности с амп­литудой 21 .25 В. В обратносмещенных переходах сток—подложка и исток— подложка возникает процесс лавинного размножения носителей заряда и часть электронов инжектирует на плавающий затвор. В результате накопления на нем отрицательного заряда передаточная характеристика транзистора смещает­ся вправо, т. е. в область более высокого порогового напряжения, что соответ­ствует записи в элемент памяти лог. 0. Стирание записанной информации осуществляют вытеснением заряда с пла­вающего затвора. Эту процедуру выполняют дзумя способами; в микросхемах ЭСППЗУ — импульсом напряжения на управляющем затворе положительной полярности, а в микросхемах СППЗУ — с помощью УФ излучения, под воздей­ствием которого в результате усиления теплового движения электроны расса­сываются с плавающего затвора, перемещаясь в подложку. Состояние ЛИЗМОП-элемента памяти без заряда на плавающем затворе соответствует лог. 1.

В этом состоянии транзистор имеет более низкий пороговый уровень, т. е. его передаточная характеристика смещается влево. В режиме считывания микросхемы РИЗУ с элементами памяти на ЛИЗМОП-структурах работают так же, как микросхемы с МНОП-элементами памяти. Микросхемы РПЗУ относятся к группе энергонезависимых. При отсутст­вии достаточно высоких напряжений, какими являются напряжения программи­рования, состояния элементов памяти на МНОП- и ЛИЗМОП-транзисторах мо­гут оставаться неизменными длительное время как при наличии питания, так и при его отсутствии. Например, для микросхемы СППЗУ К573РФ6 гарантий­ный срок сохранения информации без питания около пяти лет. Устройство, принцип действия, микросхем СППЗУ и ЭСППЗУ и режимы управления их работой во многом аналогичны.

Рис. 3. Структура микросхемы ЭСППЗУ

Рассмотрим принцип построе­ния ЭСППЗУ на примере микросхемы КР1601РРЗ информационной емкостью 2 Кбита. В этой микросхеме элементами памяти являются МНОП-транзисторы. Структурная схема (рис. 3) содержит все функциональные узлы. необхо­димые для обеспечения работы микросхемы в качестве ПЗУ: матрицу накопи­теля с элементами памяти, дешифраторы кода адреса строк и столбцов, селек­тор (ключи выбора столбцов), устройство ввода-вывода. В структуре микро­схемы предусмотрены также функциональные узлы, с помощью которых осу­ществляется программирование, т. е. реализуются режимы стирания и записи информации: коммутаторы режимов, формирователи импульсов напряжений требуемой амплитуды и длительности. Для управления работой микросхем РПЗУ применяют полностью или частично следующие сигналы: CS — выбор микросхемы. ОЕ—разрешение выхода, PR—разрешение программирования,

ER—стирание. Для программирования микросхемы нуждаются в дополнитель­ном источнике напряжения UPP. Накопитель с матричной организацией содержит массив элементов памяти, размещенных на пересечениях 128 строк и 128 столбцов. Всего в накопителе находится 16384 элемента памяти. Управление накопителем осуществляют семью старшими разрядами А4 . А10 адресного кода. Им выбирают строку, в которой находится 128 элементов памяти или 16 восьмиразрядных ячеек па­мяти. Информационные сигналы, считанные с элементов памяти выбранной строки, поступают на входы селектора, назначение которого состоит в выборе одного из 16 слов (байт). Селектором управляют четыре младших разряда А0 . А3 адресного кода. Выбранное селектором восьмиразрядное слово посту­пает в УВВ и далее на выход микросхемы. Устройство управления под воздействием внешних сигналов обеспечивает работу микросхемы в одном из следующих режимов: хранения, считывания, стирания, записи (при программировании). Многие микросхемы ЭСППЗУ до­пускают избирательное стирание информации (по адресу). Микросхемы СППЗУ имеют аналогичную структурную схему с тем исклю­чением, что в них нет режима стирания электрическим сигналом и. следова­тельно, соответствующих функциональных узлов и элементов. Для стирания микросхема СППЗУ помещается в камеру с источником ультрафиолетового из­лучения. Для проникновения УФ лучей к кристаллу в крышке корпуса имеет­ся прозрачное кварцевое окно. Время стирания составляет 30 . 60 мин. Мик­росхемы ЭСППЗУ имеют значительно меньшее время стирания информации, составляющее доли секунды.

1	2	3