存储器原理介绍.ppt
关于存储器原理介绍第1页,共38页,星期日,2025年,2月5日目录●半导体存储器分类和原理介绍●高速存储器的应用●其他存储类型简介第2页,共38页,星期日,2025年,2月5日半导体存储器主要类别第3页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM存储单元原理:背景知识:量子隧道效应经典物理学认为
物体越过势垒,有一阈值能量;粒子能量小于此能量则不能越过,大于此能量则可以越过。例如骑自行车过小坡,先用力骑,如果坡很低,不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡很高,不蹬自行车,车到一半就停住,然后退回去。量子力学则认为
即使粒子能量小于阈值能量,很多粒子冲向势垒,一部分粒子反弹,还会有一些粒子能过去,好象有一个隧道,称作“量子隧道”。1962年,英国剑桥大学实验物理学研究生约瑟夫森(BrianDavidJosephson,1940~)预言,当两个超导体之间设置一个绝缘薄层时,电子可以穿过绝缘体从一个超导体到达另一个超导体。约瑟夫森的这一预言不久就为P.W.安德森和J.M.罗厄耳的实验观测所证实——电子对通过两块超导金属间的薄绝缘层(厚度约为10埃)时发生了隧道效应,于是称之为“约瑟夫森效应”。宏观量子隧道效应确立了微电子器件进一步微型化的极限,当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道效应而穿透绝缘层,使器件无法正常工作。因此,宏观量子隧道效应已成为微电子学、光电子学中的重要理论。第4页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM存储单元原理:0与1的读写:以浮栅中是否存有电子来区分逻辑状态0和1(也会以电荷多少来区分多个逻辑状态比如00、01、10、11等)。写:当漏极接地,控制栅加上足够高的电压时(大于正常工作电压),交叠区将产生一个很强的电场,在强电场的作用下,电子通过绝缘层到达浮栅,使浮栅带负电荷。擦:反之,当控制栅接地漏极加一正电压,则产生与上述相反的过程,即浮栅放电。读:注入浮栅的负电荷,排斥P型硅基层上的电子,抵消提供给控制栅的电压。也就是说,如果浮置栅中积累了电荷,则阈值电压(Vth)增高。与浮置栅中没有电荷时的情况相比,如果不给控制栅提供高电压,则漏极-源极间不会处于导通的状态。
每个存储单元类似一个标准MOSFET,但有两个闸极。在顶部的是控制闸(ControlGate,CG),如同其他MOS晶体管。但是它下方则是一个以氧化物层与周遭绝缘的浮闸(FloatingGate,FG)。这个FG(多晶硅等)放在CG与MOSFET通道之间。由于这个FG在电气上是受绝缘层独立的,所以进入的电子会被困在里面。在一般的条件下电荷经过多年都不会逸散。第5页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM存储单元原理:第6页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM存储单元原理:第7页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM存储阵列:第8页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM芯片内部结构:第9页,共38页,星期日,2025年,2月5日EEPROM:特点:●可以随机访问和修改任何一个字节;●具有较高的可靠性;●电路复杂/单位容量成本高;●容量小;第10页,共38页,星期日,2025年,2月5日FlashMemory(flasheraseEEPROM):Flash属于广义的EEPROM,因为它也是电擦除的rom。与EEPROM不同,flash擦除时不再以字节为单位,而是以块或页为单位,速度更快,所以被称为FlasheraseEEPROM。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。一般自带数据缓冲buffer。Flash有NorFlash和NandFlash两种。第11页,共38页,星期日,2025年,2月5日Flash存储单元:Flash存储单元由EEPROM过渡而来,核心依旧使用浮栅,但省去了一个控制管。Nor和Nand两种flash的存储单元排列形式不同。NOR技术FlashMemory结构,每两个单元共用一个位线接触孔和一条源线线,采用CHE(沟道热电子)的写入和源极F—N擦除,具有高编程速度和高读取速度的优点。但其编程功耗过大,在阵列布局上,接触孔占用了相当的空间,集成度不高。N