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1、1,第七章 半导体存储器,7.1概述,半导体存储器：存储大量二值信息的半导体器件。,用途：在计算机或数字系统中存储数据。,与寄存器的区别：以字为单位存取，每字包含若干位。各个字的相同位通过同一引脚与外界联系。每个字分配一个地址，因此内部有地址译码器。,2,分类：,掩模ROM,可编程ROM（PROM）,可擦除可编程ROM（EPROM）,随机存储器RAM,静态存储器SRAM,动态存储器DRAM,按功能,(Read-Only Memory),(Random Access Memory),(Programmable ROM),(Erasable PROM),UVEPROM,EEPROM,只读存储器RO
2、M,Flash Memory,(Ultra-Violet),(Electrically),电可擦除,紫外线擦除,(Static RAM),快闪存储器,(Dynamic RAM),只能读出不能写入,断电不失,还可以按制造工艺分为双极型和MOS型两种。,主要指标：存储容量、存取速度。,存储容量:用字数位数表示，也可只用位数表示。如，某动态存储器的容量为109位/片。,3,7.2 只读存储器ROM,掩模只读存储器,又称为固定ROM。工厂按用户要求生产出来后，用户不能改动。,ROM的构成,存储矩阵：由若干存储单元排列成矩阵形式。,储存单元：可由二极管、双极性三极管或MOS管构成。,地址译码器：根据地址
3、输入，在存储矩阵中选出指定的字对应的单元，把数据送往输出缓冲器。,输出缓冲器：增加带负载能力；同时提供三态控制，以便和系统的总线相连。,4,按组合电路进行分析。,二四线译码器,A1,A0的四个最小项,字线,存储矩阵是四个二极管或门；,D1=D3=A0,真值表：,位线,5,可编程只读存储器PROM,用MOS工艺制造的ROM的存储矩阵如图：,产品出厂时存的全是1，用户可一次性写入，即把某些1改为0。但不能多次擦除。,存储单元多采用熔丝低熔点金属或多晶硅。写入时设法在熔丝上通入较大的电流将熔丝烧断。,6,16字8位的PROM,十六条字线,八条位线,读出时，读出放大器AR工作，写入放大器AW不工作。,
4、写入时，在位线输入编程脉冲使写入放大器工作，且输出低电平，同时相应的字线和VCC提高到编程电平，将对应的熔丝烧断。,缺点：不能重复擦除。,7,可擦除的可编程只读存储器（EPROM）,一、EPROM（UVEPROM）,1.使用浮栅雪崩注入MOS管（Floating-gate Avalanche-Injuction MOS，简称FAMOS管。）,写入：管子原来不导通。在漏源之间加上较高电压后（如-20V），漏极PN结雪崩击穿，部分高速电子积累在浮栅上，使MOS管导通。,擦除：用紫外线或X射线擦除。需2030分钟。,浮栅上电荷可长期保存在125环境温度下，70%的电荷能保存10年以上。,存储单元如图
5、。,缺点：需要两个MOS管；编程电压偏高；P沟道管的开关速度低。,8,2.使用叠栅注入MOS管SIMOS(Stacked-gate Injuction MOS),用N沟道管；增加控制栅。,SIMOS管原来可导通，开启电压约为2V。,注入电荷：在DS间加高电压，同时在控制栅加25V、50mS宽的脉冲。由于控制栅上有电压，所以需要的漏源电压相对较小。注入电荷后其开启电压达7V，不能正常导通。,存储单元如下页图。256字X1位。已注入电荷的SIMOS管存入的是1。,构造：,9,这是一种双译码方式，行地址译码器和列地址译码器共同选中一个单元。每个字只有一位。,二、EEPROM,用紫外线擦除操作复杂，速
6、度很慢。必须寻找新的存储器件，使得可以用电信号进行擦除。,使用浮栅隧道氧化层MOS管Flotox(Floating gate Tunnel Oxide),10,特点：浮栅与漏区间的氧化物层极薄（20纳米以下），称为隧道区。当隧道区电场大于107V/cm时隧道区双向导通。,当隧道区的等效电容极小时，加在控制栅和漏极间的电压大部分降在隧道区，有利于隧道区导通。,存储单元：,擦除和写入均利用隧道效应,10ms,11,快闪存储器就是针对此缺点研制的。,三、快闪存储器(Flash Memory）,采用新型隧道氧化层MOS管。,EEPROM的缺点：擦写需要高电压脉冲；擦写时间长；存储单元需两只MOS管。,
7、1.隧道层在源区；,2.隧道层更薄1015nm。在控制栅和源极间加12V电压即可使隧道导通。,该管特点：,12,7.3随机存储器（RAM）,静态随机存储器SRAM,特点：RAM在工作时可随时对任意指定单元进行读或写操作。使用方便、灵活。但切断电源后，所存信息就会丢失。,分为静态随机存储器SRAM和动态随机存储器DRAM两种。也可称为读写存储器。,RAM的结构,1.存储矩阵,2.地址译码：双译码。,3.读写控制电路：,控制I/O端是否处在高阻状态。,控制电路处于读出还是写入状态。,13,14,图7.3.3 六管NMOS静态存储单元,15,二、SRAM的静态存储单元,1.六管NMOS静态存储单元,2.六管CMOS静态存储单元,3.双极型静态存储单元,16,7.4存储器容量的扩展,位扩展方式,方法：所有输入信号都并联（地址信号、片选信号和读写信号）。输出并列。,需要片数N=8,例：用1024字1位RAM构成1024字8位RAM.,17,字扩展方式,例：用256字8位RAM组成1024字8位存储器。,需要片数N4,特点：必须使用译码器。,各片地址分配情况：,18,7.5 用存储器实现组合逻辑函数,ROM的每个输出都是由地址输入的最小项之和的形式给出的，因此可以用来实现组合逻辑函数。,例：用ROM实现由8421-BCD码到七段显示器的译码器。,19,ROM的简化表示方法。,
