ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

По конструктивно-технологическому признаку полупроводнико­вые запоминающие устройства (ЗУ) делятся на два больших клас­са: ЗУ на основе МОП-структур и биполярные. Среди МОП-струк­тур выделяют р-канальные, <-канальные и комплементарные (КМОП) ЗУ. Последние могут изготавливаться либо в монолитном кремнии, либо на основе структур кремний на сапфире (КНС ЗУ). Биполяр­ные ЗУ в зависимости от типа используемой логики бывают ЭСЛ-типа, ТТЛ-типа или ТТЛ с диодами Шоттки и на основе инжекци-онной логики (И²Л).

По функциональному назначению и областям применения ЗУ подразделяются на оперативные с произвольной выборкой инфор­мации (ОЗУ), применяющиеся, например, в основной памяти вычис­лительных машин, и постоянные ЗУ с программированием на ста­дии изготовления (ПЗУ) или пользователем (ППЗУ), предназначен­ные для хранения программ или для блоков микропрограммного управления вычислительных машин, генераторов символов, таблиц. Разновидностью ППЗУ являются ЗУ с перепрограммированием — так называемые репрограммируемые ЗУ (РПЗУ), применяемые для отладки программ, когда необходима многократная смена инфор­мации.

По схемотехническому принципу построения ячеек запоминаю­щей матрицы либо электронного обрамления ЗУ бывают статичес­кого и динамического типов.

В динамических ЗУ информация хранится в виде электрическо­го заряда на МОП-конденсаторе. Вследствие утечки накопленного заряда требуется его регенерация. Необходимость использования дополнительных схем регенерации и иногда трех источников пита­ния с различным напряжением является недостатком схем данного типа. Однако благодаря большей степени интеграции и низкой стоимости ЗУ этого класса широко применяются в основной памяти вычислительных машин, в периферийных и буферных устройствах. Серийно выпускаются динамические ОЗУ емкостью до 64 Кбит и ведутся разработки ОЗУ емкостью 256 и 512 Кбит на одном крис­талле.

В отличие от ОЗУ динамического типа в запоминающей ячейке статических ОЗУ используются потенциальные триггеры. Поэтому для этих ОЗУ в регенерации необходимости нет. Для их работы, как правило, необходим только один источник питания. Современ­ные статические ОЗУ по принципу действия можно разделить на три класса:

1) нетактируемые ОЗУ, в которых каждое изменение адреса вы­зывает получение нового результата, если кристалл выбран. По­требляемый ток и, следовательно, рассеиваемая мощность не зави­сят от того, выбран или не выбран кристалл. Примерами ЗУ дан­ного типа служат изделия 2613 фирмы Signetics, 4044 фирмы

Таблица 3.16. Оперативные статические запоминающие устройства емкостью 4 Кбит

Продолжение табл. 3.16

1. Для ЗУ КМОП-типа указана потребляемая мощность в режиме хранения.

Texas Instr., 7141 фирмы Intersil емкостью 4КХ1 и 2614 фирмы Signetics, 2114 фирмы Intel, 4045 фирмы Texas Instr. емкостью 1КХ4;

2) тактируемые ОЗУ, в которых каждый раз для получения ре­зультата надо выбирать кристалл, а затем возвращаться к невы­бранному состоянию для перезарядки внутренних цепей. Потребляе­мый ток в невыбранном состоянии обычно меньше, длительность цикла примерно в 1,5 раза больше времени выборки адреса. Приме­ром ЗУ такого типа служат изделия 4104 фирмы Mostek и 6104 фир­мы Zilog с организацией 4КХ1 и 6114 фирмы Zilog с организа­цией 1КХ4;

3) нетактируемые ОЗУ с уменьшением потребляемой мощности, если кристалл не выбран (в режиме хранения информации). При­мером таких ЗУ являются изделия 2147 и 2141 фирмы Intel. Вре­мя выборки адреса равно длительности цикла. Статические ЗУ та­кого типа наиболее перспективны.

Постоянные запоминающие устройства выпускаются двух ти­пов: программируемые в условиях изготовления с помощью фото­шаблона (так называемые масочные ПЗУ) и однократно програм­мируемые в условиях эксплуатации (ППЗУ). Программирование осуществляется пережиганием плавких перемычек из нихрома, спла­вов титана или поликристаллического кремния либо запатентован­ным фирмой Intersil методом миграции алюминия при лавинном пробое, в результате чего транзистор в матрице трансформируется в диод, закорачивающий соответствующие шины. Недостатком ППЗУ является однократное программирование. Возможность jie-однократно изменять информацию присуща РПЗУ. Выпускаемые в настоящее время РПЗУ относятся к двум типам: РПЗУ с плавающим затвором и со стиранием информации ультрафиолетовыми лучами (типов FAMOS) и РПЗУ на основе МНОП-структур с электричес­ким стиранием и программированием. В 1982 г. появился новый класс электрически стираемых РПЗУ на основе двузатворных n-МОП-структур, в которых один затвор — плавающий — использу­ется для хранения заряда, другой — управляющий — для управле­ния процессом записи и стирания информации (например, РПЗУ 2816, 2817 фирмы Intel). В табл. 3.16, 3.17 приведены параметры наиболее широко применяемых статических ОЗУ емкостью 4 Кбит и однократно программируемых ППЗУ емкостью свыше 1Кбит.

Таблица 3.17. Однократно электрически программируемые постоянные запоминающие устройства

Продолжение табл. 3.17

Продолжение табл. 3.17