第七章 半导体存储器

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1、重点重点难点难点电路的结构特点、地址与数据的对应关系电路的结构特点、地址与数据的对应关系重点：重点： 内部详细结构、物理过程内部详细结构、物理过程（非重点（非重点 ）存储器容量的扩展存储器容量的扩展分类、特点、应用场合分类、特点、应用场合难点：难点：第七章第七章 半导体存储器半导体存储器产生组合逻辑函数产生组合逻辑函数 半导体存储器是一种能半导体存储器是一种能存储存储大量大量二值数字信息二值数字信息的大的大规模集成电路，是现代数字系统特别是计算机中的重要规模集成电路，是现代数字系统特别是计算机中的重要组成部分。组成部分。半导体存储器半导体存储器ROMROMEPROMEPROM快闪存储器快闪存储

2、器PROMPROME E2 2PROMPROM掩膜掩膜ROMROM可编程可编程ROMROMRAMRAMSRAMSRAMDRAMDRAM按存取方式来分按存取方式来分7 7.1 .1 概述概述按制造工艺来分按制造工艺来分半导体存储器半导体存储器双极型双极型MOSMOS型型对存储器的对存储器的操作操作通常分为两类：通常分为两类：写写即把信息存入存储器的过程。即把信息存入存储器的过程。读读即从存储器中取出信息的过程。即从存储器中取出信息的过程。两个重要技术指标两个重要技术指标存储容量存储容量存储器能存放二值信息的多少。单位是存储器能存放二值信息的多少。单位是 位或比特（位或比特（bitbit）。）。1

3、K=21K=21010=1024=1024，1M=21M=21010K=2K=22020。存储时间存储时间存储器读出（或写入）数据的时间。一存储器读出（或写入）数据的时间。一 般用般用读（或写）周期读（或写）周期来表示。来表示。7.2.1 掩膜只读存储器（掩膜只读存储器（ROM）存储的数据不会因断电而消失，具有非易失性。存储的数据不会因断电而消失，具有非易失性。特点：特点： 只能读出，不能写入；只能读出，不能写入；1、 ROM的基本结构的基本结构 ROM主要由主要由地址译码器地址译码器、存储矩阵存储矩阵和和输出缓冲器输出缓冲器三部三部 分组成。分组成。7.2 只读存储器（只读存储器（ROM）掩

4、模掩模ROM ：厂家把数据厂家把数据“固化固化”在存储器中，用户无法在存储器中，用户无法进行任何修改。适合大量生产，简单，便宜，非易失进行任何修改。适合大量生产，简单，便宜，非易失性，使用时，只能读出，不能写入。性，使用时，只能读出，不能写入。ROM的基本结构的基本结构 字字线线位位线线 存储单元可以由存储单元可以由二极管二极管、双极型三极管双极型三极管或者或者MOSMOS管管构成。构成。每个存储单元可存储每个存储单元可存储1 1位位二值信息（二值信息（“0”0”或或“1”1”）。）。 按按“字字”存放、读取数据存放、读取数据，每个，每个“字字”由若干个存储单元组由若干个存储单元组成，即包含若

5、干成，即包含若干“位位”。字的位数称为。字的位数称为“字长字长”。 每当给定一组输入地址时，译码器每当给定一组输入地址时，译码器选中选中某一条输出某一条输出字线字线Wi，该字线对应存储矩阵中的某个，该字线对应存储矩阵中的某个“字字”，并将该字中的，并将该字中的m位信息位信息通过位线通过位线送至输出缓冲器进行送至输出缓冲器进行输出输出。存储器的容量字数位数2nm位2、二极管、二极管ROM地址译码器实现地址码的地址译码器实现地址码的与运算与运算，每条字线，每条字线对应一个最小项。对应一个最小项。013012011010AAWAAWAAWAAW 地址译码器地址译码器存储矩阵实现字线的存储矩阵实现字线

6、的或运算或运算存储矩阵存储矩阵1003113202313WWDWWDWWWDWWDROM的数据表的数据表 地地 址址 数数 据据 A1 A0D3 D2 D1 D00 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0制作芯片时，若在某个字中的某一位存入制作芯片时，若在某个字中的某一位存入“1”，则，则在该字的字线与位线之间在该字的字线与位线之间接入二极管接入二极管，反之，就不，反之，就不接二极管。接二极管。1003113202313WWDWWDWWWDWWD013012011010AAWAAWAAWAAW 3、MOS管管ROM地地 址址 数数 据据 A1 A0D3 D

7、2 D1 D00 00 11 01 10 1 0 11 0 1 10 1 0 01 1 1 0ROM的点阵图的点阵图“1”“0”一次性可编程一次性可编程ROM（PROM）：出厂时，存储内容全为：出厂时，存储内容全为1，用户可根据自己的需要进行编程，但只能编程一次。用户可根据自己的需要进行编程，但只能编程一次。7.2.2 可编程的只读存储器可编程的只读存储器ROM的编程是指将信息存入的编程是指将信息存入ROM的过程。的过程。UCC字线Wi位线Di熔丝熔丝型熔丝型PROM的存储单元的存储单元写写是是一一次次性性编编程程，不不能能改改！编编程程时时将将不不用用的的熔熔断断有有出出厂厂时时，每每个个结

8、结点点上上都都熔熔丝丝由由易易熔熔合合金金制制成成 W0D70AWARVCC11、数据写入、数据写入例：将例：将W0=01111111写入写入输入地址码输入地址码0000，使，使W0=1，(选中该组存储单元选中该组存储单元)在在D7端加端加高压脉冲高压脉冲(20V)，使稳压管，使稳压管DZ导通，导通，写入放大器写入放大器AW导通，输出呈低电平、低内阻状态，导通，输出呈低电平、低内阻状态，有有大电流流过熔断丝，将其熔断。大电流流过熔断丝，将其熔断。I大大2、数据读出、数据读出输入地址码输入地址码0000，使，使W0=1，数据端不加电压，数据端不加电压，AR工作，输出数据工作，输出数据读出时读出时

9、，AR输出的输出的5V高电平不足以使高电平不足以使DZ导通，导通，AW不工作不工作工作原理工作原理只能写入一次，不能满足经常修改存储内容的需要只能写入一次，不能满足经常修改存储内容的需要7.2.3 可擦除的可编程只读存储器可擦除的可编程只读存储器（EPROM）一、一、紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程ROM（UVEPROM）管叠栅注入MOSMOSInjuctiongateStackedSIMOS)(浮置栅控制栅:fcGG总体结构与掩模总体结构与掩模ROMROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同. . UVEPROMUVEPROM采用浮栅技术，可通过紫外线照射而被采用浮栅技术，可通过紫外线照

10、射而被擦除，可重复擦除上万次。擦除，可重复擦除上万次。正正常常逻逻辑辑高高电电平平下下导导通通处处上上未未充充负负电电荷荷，则则若若通通正正常常逻逻辑辑高高电电平平下下不不导导处处上上充充以以负负电电荷荷，则则若若工工作作原原理理：cfcfGGGG形形成成注注入入电电荷荷到到达达吸吸引引高高速速电电子子穿穿过过宽宽的的正正脉脉冲冲，上上加加同同时时在在发发生生雪雪崩崩击击穿穿）间间加加高高压压（“写写入入”：雪雪崩崩注注入入,GSiOms50,V25G,V2520SD,f2c 年年）光光灯灯下下分分钟钟（阳阳光光下下一一周周，荧荧紫紫外外线线照照射射空空穴穴对对，提提供供泄泄放放通通道道生生电

11、电子子“擦擦除除”：通通过过照照射射产产33020 Flash Memory也是采用浮栅型也是采用浮栅型MOS管，存储器中数据的管，存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，相同，一般一只芯片可以擦除一般一只芯片可以擦除/写入写入100万次以上。万次以上。E2PROM也是采用浮栅技术，用电擦除，可重复擦写也是采用浮栅技术，用电擦除，可重复擦写100次，并且擦除的速度要快的多。次，并且擦除的速度要快的多。E2PROM的电擦除过程就的电擦除过程就是改写过程，它具有是改写过程，它具有ROM的非易失性，又具备类似的非易失性，又具备类似RA