МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ ПЗУ
Микросхема ПЗУ включает матрицу-накопитель, регистр и дешифратор адреса, усилители считывания. По способу записи информации ПЗУ подразделяются на масочные ПЗУ, программируемые ПЗУ (ППЗУ) и репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ). Характеристики серийных микросхем ПЗУ приведены в табл. 5.6.
Таблица 5.6
| Микросхема | Тип ПЗУ | Технология | Емкость, бит | Врема выборки, НС | Потребляемая мощность. мкВт/бит |
| К155РЕ21 | ПЗУ | ТТЛ | 256X4 | 60 | 400 |
| К505РЕЗ | ПЗУ | p-МДП | 512X8 | 1500 | 250 |
| К188РЕ1 | ПЗУ | кмдп | 1024X1 | 1100 | 5 |
| К500РТ149 | ППЗУ | эсл | 256X4 | 35 | 500 |
| К556РТ4 | ППЗУ | ттлш | 256X4 | 75 | 500 |
| К519РР2 | РПЗУ | МНОП | 64X4 | 300 | 15 |
| К558РР1 1 | РПЗУ | МНОП | 1024X1 | 5000 | 300 |
| К558РР1 | РПЗУ | МНОП | 2048Х 1 | 5000 | 150 |
| К573РФ1 | РПЗУ | p-МДП1) | 1024X8 | 900 | 150 |
1)С плавающим затвором.
Масочные ПЗУ изготавливают в основном на биполярных или полевых транзисторах. Запись информации в ПЗУ осуществляется на одной из завершающих технологических операций изготовления микросхемы путем формирования схемы подключений транзисторов к шине строки (рис. 5.17).
Организация ПЗУ может быть как одноразрядной, так и многоразрядной. В частности, на рис. 5.17 показана структура ПЗУ с организацией тХп бит. Информация записывается однократно. При кодировании может быть принято следующее условие: 0 соответствует наличие соединения базы транзистора с шиной строки, I — отсутствие такого соединения.
При выборке строки открываются транзисторы, соединенные с адресной шиной, и на соответствующих им разрядных шинах фиксируется 0. На остальных шинах будет уровень 1. Обычно предусматривается вход ВМ для сигнала разрешения считывания.
Аналогично строятся масочные ПЗУ на МДП-транзисторах.
Рис. 5.17. ПЗУ на биполярных транзисторах
Рис. 5.18. ППЗУ на многоэмиттерных транзисторах
Программируемые ПЗУ в отличие от масочных ПЗУ позволяют записать, но тоже однократно, нужную информацию самому пользователю.
Для этого с помощью специальной установки пережигают плавкие перемычки в точках соединения столбцов и строк. Один из вариантов ППЗУ на основе многоэмиттерных транзисторов показан на рис. 5.18. Один транзистор составляет строку. При выборке по адресной шине на базу транзистора поступает сигнал. Транзистор открывается, и на разрядных шинах формируются уровни напряжения, соответствующие схеме соединения с этими шинами эмиттеров данного транзистора: если эмиттер соединен с шиной, то в эту шину поступит ток от источника коллекторного напряжения, если перемычка разрушена, то тока в шине не будет. Выходными усилителями это различие в состояниях разрядных шин преобразуется в код числа.
Репрограммируемые ПЗУ обычно строят на основе структур МНОП, т. е. металл-нитрид кремния-окисел кремния-полупроводник, или МДП с плавающим затвором. Структура МНОП представляет собой (рис. 5.19,с) МДП-транзистор с двухслойным диэлектриком под затвором. Нижний, примыкающий к полупроводнику слой двуокиси кремния толщиной 3 — 4 им, «прозрачен» для электронов. Если к затвору относительно подложки приложить импульс напряжения положительной полярности, то под действием сильного электриче-сксгс поля между затвором и подложкой электроны приобретают достаточную энергию, чтобы пройти тонкий диэлектрический слой до границы раздела двух диэлектриков. Верхний слой нитрида кремния имеет значительную толщину, так что электроны преодолеть его не могут.
Рис. 5.19. МНОП-транзистор (a) и его передаточная характеристика для двух состояний (б)
Накопленный на границе раздела двух диэлектрических слоев заряд электронов снижает пороговое напряжение и смещает передаточную характеристику транзистора влево (рис. 5.19,6). Так записывается 1. Логическому 0 соответствует состояние транзистора без заряда электронов в диэлектрике. Чтобы обеспечить это состояние, на затвор подается импульс напряжения отрицательной полярности. При этом электроны вытесняются в подложку. При отсутствии заряда электронов под затвором передаточная характеристика смещается в область высоких пороговых напряжений.
Для считывания записанной информации на затвор необходимо подать напряжение, значение которого лежит между двумя пороговыми уровнями, соответствующими 0 и 1. Тогда при записанном 1 транзистор откроется, а при 0 — останется в закрытом состоянии.
Число циклов перепрограммирования составляет несколько тысяч. Перепрограммирование осуществляется значительными по амплитуде импульсами напряжения (30 — 40 В), что обусловливает высокие требования к электрической прочности диэлектрических слоев и электронно-дырочных переходов.
Другое направление создания РПЗУ основано на использовании свойств МДП-структур с плавающим затвором (рис. 5.20,а, б). Особенность устройства такого элемента памяти заключается в том, что затвор формируется внутри диэлектрика и не имеет наружных выводов. Затвор отделен от подложки тонким, прозрачным для электронов слоем диэлектрика.
Для записи 1 между истоком или стоком и подложкой прикладывается обратное напряжение, достаточное для создания условий лавинного размножения электронов в электронно-дырочном переходе. Эти электроны, имея большую кинетическую энергию, попадают на затвор, накапливаются на нем и создают потенциал, достаточный для наведения канала. Если на затворе заряд отсутствует, канал не формируется. Это состояние транзистора соответствует 0.
Рис. 5.20. РПЗУ на МДП-приборе с плавающим затвором:
а — МДП-прибор с плавающим затвором; б — условное обозначение; в — матрица-накопитель РПЗУ
В состав матрицы-накопителя МДП-транзистор с плавающим затвором включают в паре с обычным МДП-транзистором (рис. 5.20,в). Очевидно, что при проводящем состоянии транзистора Т2, когда записана 1, через тракзисторы ti и Т2 в выходную щину потечет ток считывания. Если же записан 0, транзистор Т2 закрыт и тока в выходной шине не будет.
Стирание информации в РПЗУ такого типа производится ультрафиолетовым облучением кристалла микросхемы через окно в крышке корпуса. Количество циклов перепрограммирования около 100.
Репрограммируемые ПЗУ способны сохранять заряд при отклю-ценном питании в течение 2 — 3 тыс. ч.
