Download
1 / 40
450 likes | 586 Vues
Félvezető memóriák. Bevezető áttekintés. Operatív tárak legelőször: ferritmemória egy bit információt egy ferritgyűrű tárolt korlátozott kapacitás egy bitre számított költség nagy Hatvanas évek végén: tranzisztorokkal megvalósított memóriák fejlesztése nagy tároló kapacitás
E N D
Bevezető áttekintés • Operatív tárak legelőször: ferritmemória • egy bit információt egy ferritgyűrű tárolt • korlátozott kapacitás • egy bitre számított költség nagy • Hatvanas évek végén: tranzisztorokkal megvalósított memóriák fejlesztése • nagy tároló kapacitás • alacsony költségek • nagyobb megbízhatóság • kis méret és súly
Bevezető áttekintés • Memóriák felosztása: • ROM (read only memory) • RAM (random access memory) • illékony (volatile) • nem-illékony (non-volatile) • tápfeszültség megszűnése esetén megmarad-e a tárolt információ • destruktív • nemdestruktív • kiolvasás folyamata során az információ a memóriából elveszik-e
A memóriák szervezése • A felület nagy részét a cellamátrix teszi ki • Az áramkör többi része a megcímzett bit kiolvasását vagy írását szolgálja • A szó-, illetve a bitvezetékekkel lehet egy cellát kiválasztani
A memóriák szervezése • Teljesen dekódoltnak nevezzük a memória áramkört, ha minden egyes bit külön megcímezhető
ROM (csak olvasható) memóriák • ROM • a gyártáskor eldől, hogy milyen információt tartalmaz az áramkör • PROM (Programmable ROM) • az információ gyártás után, a tokozott áramkörbe, elektromos módszerrel írható be • EPROM (Erasable PROM) • PROM-hoz hasonlóan, a tokozott eszközbe írható a tartalom, de szükség esetén törölhető és újraírható • EEPROM (Electrically Erasable PROM) • a beírás és a törlés is elektromos úton történik
A ROM memóriák • A cella egyetlen, növekményes MOS tranzisztort tartalmaz. A beírt információ „1” vagy „0” aszerint, hogy a cellában jelen van-e (be van-e kötve) a tranzisztor, vagy nincs.
A ROM memóriák • programozás: • fix kivitel esetén, ahova „1”-et írunk, elhagyjuk a tranzisztort • maszkkal programozott esetben az összes tranzisztort megvalósítják, de a szükségtelen drain-eket nem kötik be
információ tárolás: növekményes = „1” kiürítéses = „0” hátrány: lassabb, mint az előbb ismertetett előny: nagyon egyszerű layout A ROM memóriák
A PROM memóriák • „beégethető” ROM memóriák • minden memória cellában van egy kiégethető vezeték darab, aminek az eltávolítása a cellát „0”-ból „1”-be írja • az égetéshez nagy áram kell, ami átfolyik az aktíveszközökön is, ezért bipoláris eszközöketalkalmaznak • a diódák kiiktatására a velük sorbakötött, elkeskenyített NiCr csík adlehetőséget, ezt egy 100mA néhány-tized ms tartamú impulzus kiégeti • a beégető áram átfolyik a bit- és szó-vezetékeken, ami a címzőáramkörök feléjelent kellemetlen követelményt
A PROM memóriák • Előbbi problémára megoldás, ha diódák helyett bipoláris tranzisztort alkalmazunk
Az EPROM memóriák • FAMOS memória (Floating-gate, Avalanche MOS) • lebegő-gate-es tranzisztor: a gate elektróda nincs kivezetve, ezért a potenciálját csak a rajta lévő töltések határozzák meg • ezt a töltést azonban a bulk és a drain között előidézett lavinaletörés meg tudja változtatni • törölni az egész chip-et egyszerre ultraibolya fénnyel lehet
Az EPROM memóriák • Két gate-es EPROM • programozás: drain-re nagyfeszültséget kapcsolunk, így a drain közelében lévő elektronok nagy energiára tesznek szert, amivel be tudnak jutni a lebegő gate és a csatorna közötti oxidba. A vezérlő gate-re nagy pozitív feszültséget kapcsolva az oxidban lévő elektronok felhalmozódnak a lebegő gate-en. • törlés: ultraibolya fényre az oxidokon keresztül a szubsztrátba, illetve a vezérlő gate-re távoznak
Az EPROM memóriák • cellánként egy tranzisztor, ezért nagy bitsűrűség • megbízhatósággal kapcsolatos problémák • több átprogramozás után az elektronok egy része „beragadt” az oxidba, ezen elektronok akadályozzák programozáskor a többi elektron áramlását, valamint nem távolíthatók el ultraibolya fénnyel. Ennek elkerülésére jó minőségű oxidot kell növeszteni. • a félvezető felület érdessége is problémát okozhat, hegyesen kiemelkedő helyeken megnő a térerősség az oxidban, ami a lebegő gate töltésének elszivárgását okozhatja • a technológia fejlődése ezeket a problémákat nagymértékben csökkentette • az EPROM-ok pár százszor programozhatók át
Az EEPROM memóriák • a lebegő gate feltöltése és kisütése az alagúthatás révén megy végbe, ezért a lebegő gate és a félvezető között lévő oxid egy része nagyon vékony
Az EEPROM memóriák • flash-EEPROM-ok • EPROM és EEPROM „keresztezése” • beírás: forró elektronok • törlés: elektromos úton, minden cella egyszerre
Az EEPROM memóriák • MNOS memória (Metal-Nitrid-Oxide-Silicon) • az oxid és a nitrid réteg határán olyan csapda állapotok alakulnak ki, amelyek üresek és betöltöttek is lehetnek. A betöltöttség befolyásolja az eszköz küszöbfeszültségét.
RAM (írható-olvasható) memóriák • általános jellemzők • Sztatikus memóriák: Ezeknél minden egyes memóriacella egy-egy kétállapotú áramkör, ez tárolja a cellára jutó egy bit információt. • Dinamikus memóriák: A memóriacella információtároló eleme egy kondenzátor, ennek töltött vagy kisütött állapota volta jelenti az „1” vagy „0” bit tárolását. Mivel a kondenzátor magától is kisül, ezért gondoskodni kell a memóriatartalom frissitéséről.
RAM (írható-olvasható) memóriák • Memória IC kivezetései
RAM (írható-olvasható) memóriák Az engedélyező bemenet léte és a háromállapotú adatvonal jellemző és igen lényeges vonása a mai memória IC konstrukcióknak. Ezek teszik ugyanis lehetővé, hogy a memória IC-kből könnyen köthessünk nagyobb kapacitású memóriablokkokat.
Sztatikus RAM memóriák (SRAM) • Bipoláris RAM memória
Sztatikus RAM memóriák (SRAM) • MOS RAM memória • a legjellegzetesebb kivitel • frissítést nem igényel • nagy helyet foglal • állandó teljesítményfogyasztás
Sztatikus RAM memóriák (SRAM) • BiCMOS sztatikus RAM memóriák • sikerült kombinálni bipoláris áramkörök nagy sebességét és áramát a CMOS áramkörök nagy sűrűségével és kis disszipációjával
Dinamikus MOS memóriák (DRAM) • Dinamikus információ tárolása • egytranzisztoros megoldás • kondenzátor 0 körüli feszültsége „0”, táp körüli feszültsége „1” állapotnak felel meg • frissítés
Dinamikus MOS memóriák (DRAM) • kiolvasás • bitvonal és cellakapacitásarányából adódik, hogyaz érzékelő erősítőnek50-100mV különbség alapján kell eldöntenie,hogy „0” vagy „1” volt tárolva • a kiolvasás destruktív • alfa-részecskék • alfa-részecskék becsapódása milliós nagyságrendű elektron-lyuk párt generálhat, ami hibát okoz • poliimid védőlakkal vonjuk be a chip-et
Dinamikus RAM cellák A vonalszélesség csökkenésével új módszereket kellett találni a kapacitások kialakítására. A megoldást a száraz ionmarásos technológia adta, a félvezetőbe keskeny és mély árkot marhatunk. Ezen árkok oldalfalán nagy értékű kapacitások alakíthatók ki, amelyek a felületen kis helyet foglalnak.
Dinamikus RAM cellák Az előző cella felülnézetben
Dinamikus RAM cellák Háromdimenziós cellák másik típusa a „stacked” kapacitású cella (rakott kapacitású cella). A megvalósításhoz három poliszilícium rétegre van szükség.
Érzékelő erősítők • 100mV alatti változást kell érzékelni • eredeti logikai szint visszaállítása • néhány tranzisztort tartalmazzon kis disszipációval
