2022-2023學年高二物理競賽課件：半導體中的可擦除可編程

半導體中的可擦除可編程

半導體中的可擦除可編程

１．可擦除可編程ROM（EPROM）

EPROM的存儲單元采用疊層柵注入MOS管。圖7-4-4

EPROM的一個存儲單元ＷiYj位線GSＤＷiYj×(a)EPROM疊層柵存儲單元(b)陣列圖符號由于EPROM的存儲單元是可擦除可編程的，為了區(qū)別于固定ROM，在EPROM陣列圖的或陣列中，用“×”表示所存儲的信息“1”。

EEPROM只需在高電壓脈沖或工作電壓下就可以進行擦除，不需要借助紫外線的照射，而且還具有字擦除功能，所以更加靈活、方便。

一般EEPROM集成片允許擦寫100～10000次，擦寫共需時間20ms左右，數(shù)據(jù)可保存5～10年。圖7-4-6

EEPROM存儲單元ＷiYj字線G1S1D1位線T1T2

EEPROM的存儲單元由門控管T2和疊層柵MOS管T1組成。其中T1稱為浮柵隧道氧化層MOS管，在一定電壓條件下，將產(chǎn)生隧道效應(yīng)，以實現(xiàn)電擦除操作。２．電可擦可編程ROM（EEPROM）工作機理與疊柵MOS管相同結(jié)構(gòu)：浮柵與漏極N區(qū)延長區(qū)有一點交迭并且交迭處的絕緣層厚度很小。寫入：控制柵上加高電壓，漏極接地即可對浮柵充電，電子穿透絕緣層積累在浮柵上。擦除：控制柵接地，漏極接高電壓即可對浮柵放電，即為電擦除。

讀出：G1=3V,Wi=5V

擦除：G1=Wi=21V

寫入：G1=0,Wi=Yj=21VSiO2PS1G1D1擦寫柵

(多晶硅)浮柵

(多晶硅)N+N+SiO2極薄層0+21V圖7-4-6

EEPROM存儲單元ＷiYj字線G1S1D1位線T1T2

可擦除單個存儲單元芯片內(nèi)部帶有升壓電路

正常工作：擦寫柵加+3V電壓，浮柵積有電子電荷時，T1不能導通；浮柵無電子電荷時，T1導通。PSGD浮柵圖7-4-8

快閃存儲器N+N+(a)(b)DSG位線WiVSSYj隧道區(qū)

不具備字擦除功能。寫入：利用雪崩擊穿產(chǎn)生的大量高能電子在浮柵上積累

讀出：Wi=5V,Vss=0V

寫入：Wi=6V,Gc=12V脈沖，Vss=0

擦除：G=0V,Vss=12V

整片或分塊擦除電路形式簡單、集成度高、可靠性好結(jié)構(gòu)：快閃存儲器MOS管的浮柵到P型襯底間的氧化絕緣層比SIMOS管的更薄擦除：控制柵接地、源級接高電壓，利用隧道效應(yīng)放電工作機理與疊柵MOS管相同３．快閃存儲器（閃光記憶）7.4.4用ROM實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)

依據(jù)：ROM是由與陣列和或陣列組成的組合邏輯電路。

１．將與陣列地址端A0～當作邏輯函數(shù)的輸入變量，則可在地址譯碼器輸出端（即字線）上產(chǎn)生全部最小項；２．或陣列的輸出（位線）是將與之相連字線上的信息相或以后作為輸出的，因此在數(shù)據(jù)輸出端可獲得有關(guān)最小項相或的表達式。

結(jié)論：ROM有幾個數(shù)據(jù)輸出端，即可獲得幾個邏輯函數(shù)的輸出。方法：列出函數(shù)的真值表，直接畫出存儲矩陣的陣列圖。？回顧與思考：譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的方法及步驟？用ROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)一般按以下步驟進行：

①根據(jù)邏輯函數(shù)的輸入、輸出變量數(shù)目，確定ROM的容量，選擇合適的ROM。②寫出邏輯函數(shù)的最小項表達式，畫出ROM的陣列圖。③根據(jù)陣列圖對ROM進行編程。存儲器與PROM陣列對應(yīng)關(guān)系輸入地址信號為電路的輸入邏輯變量。地址譯碼器產(chǎn)生2n個字線為固定與陣列產(chǎn)生2n個乘積項。

存儲矩陣為或陣列把乘積項組合成m個邏輯函數(shù)輸出。用可編程只讀存儲器PROM實現(xiàn)邏輯函數(shù)1、代碼轉(zhuǎn)換例：用ROM實現(xiàn)4位二進制到格雷碼的轉(zhuǎn)換。ABCDWXYZ00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110101010011001101111111101010101110011000①列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：②由真值表寫出最小項之和表達式。W=∑m(8~15）X=∑m(4~11）Y=∑m(2~5、10~13）Z=∑m(1~2、5~6、9~10、13~14）③根據(jù)最小項畫出與、或點陣圖☆

先畫地址譯碼器，四變量，八輸入，十六個最小項，8X16陣列。☆再畫或陣列，只有四輸出，每個輸出按最小項加表示。共4X16陣列。ROM的應(yīng)用：0123456789101112131415W=∑m(8~15）X=∑m(4~11）Z=∑m(1~2、5~6、9~10、13~14）全部最小項把需要的最小項相加★

與陣列存儲容量：16X8=128★

或陣列存儲容量：16X4=64★

總存儲容量＝128＋64＝192點陣圖相當于將真值表存入PROM。與陣列：不可編程，所有最小項都必須全部畫出。或陣列：可編程，根據(jù)要求選用。PROM選用PROM實現(xiàn)：令：PROM地址碼A3~A0=ABCD則PROMQ3~Q0=WXYZY=∑m(2~5、10~13）2、用ROM實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)例：用ROM實現(xiàn)一位全加器全加器真值表：ABCiSCO0000010100111001011101110110100100010111最小項之和表達式S=∑m(1、2、4、7）C0=∑m(3、5、6、7）畫點陣圖：01234567ROM的應(yīng)用：AB0001111001AB0001111001AB0001111001解：