Динамический запоминающий элемент оперативных запоминающих устройств.
В настоящее время для построения оперативных запоминающих устройств находят повсеместное применение динамические запоминающие элементы.
Принцип работы таких устройств основан на относительно длительном времени хранения заряда конденсатором. В качестве запоминающей емкости используют псевдоконденсатор, образованный на кристалле между электродами затвор (З) -- исток (И).
На рис.79 приведена одна из схем динамического запоминающего элемента.
Как видно из схемы, запоминание осуществляется на псевдоконденсаторе С затвор - исток транзистора VT2. Транзисторы VT1 и VT3 предназначены для управления записью и чтением информации. Если “1” будем кодировать высоким уровнем (+5В), то для записи “1” этот сигнал нужно подать на шину записи. При наличии выборки данной ячейки -- на ШАзп подан высокий уровень , транзистор VT1 откроется и псевдоконденсатор С зарядится до высокого уровня напряжения. Для чтения запомненной информации шину чтения предварительно заряжают высоким уровнем, и при подаче высокого уровня на ШАчт -- выборка данной ячейки при чтении, откроется транзистор VT3.
Рис. 79. Динамический запоминающий элемент.
Наличие высокого уровня напряжения на затворе транзистора VT2 приводит и к его открытию, и предварительный заряд с шины чтения стечет через открытые транзисторы VT2 и VT3. При чтении “1” на выходе ( на шине чтения) получаем низкий уровень, т.е. инверсию единицы. Хотя затворные и истоковые цепи МОП транзисторов имеют высокие сопротивления, псевдоконденсатор С довольно быстро разряжается, что приводит к потере запомненной информации, чтобы зто не происходило нужно примерно каждые 3мсек подзаряжать конденсатор С. Этот процесс называют регенерацией памяти.
Также как и в ОЗУ для запоминания бита информации в ПЗУ предусматривается наличие элемента памяти. У однократно программируемых устройств в качестве запоминающего элемента используют проволочную перемычку между проводником адреса и проводником данных. Обычно, такая перемычка выполняется из материала с высоким удельным сопротивлением с целью получения малых токов пережигающих эти перемычки при программировании.
ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетовым светом в качестве устройства запоминающего бит информации используют полевой транзистор с плавающим затвором (ПЛМОП). При программировании у такого транзистора в плавающем затворе наводится заряд, который имеет длительное время жизни после программирования и формирует проводящий канал транзистора. При освещении такого транзистора ультрафиолетовым светом заряд в плавающем затворе рассасывается и транзистор закрывается, т.е. проводимость канала становится равна нулю. Таким образом, запомненное значение бита информации определяется состоянием канала полевого транзистора.
Однако, наиболее удобными являются устройства памяти, которые могут хранить информацию при отключении питания, но программирование и стирание у которых осуществляется электрическими сигналами. В таких устройствах в качестве элемента памяти используют полевые транзисторы структуры металл-нитрид-окисел-полупроводник (МНОП) или металл-окись алюминия-окисел-полупроводник (МАОП).
Рис. 80. Конструкция МНОП транзистора.
На рис. 80 показана конструкция n-канального МНОП транзистора. В подложке p типа встроены два кармана с электронной проводимостью. Затем на кристалл нанесен слой двуокиси кремния, поверх которого нанесен слой нитрида кремния (SiN4) , причем слой окисла не превышает 40 ангстрем, а слой нитрида около 700 ангстрем. По конструкции данный транзистор -- это n - канальный МОП транзистор с индуцированным каналом. При подаче на затвор положительного напряжения, превышающего критическую величину, благодаря тунельному эффекту на границе нитрида и окисла образуется объемный заряд. Окисел предохраняет заряд от исчезновения (утечки) и после снятия напряжения с затвора. После этой процедуры -- программирования, канал транзистора находится в проводящем состоянии. Физические свойства и толщина окисного слоя определяют величину напряжения программирования, быстродействие и время хранения заряда, и ,следовательно, время хранения информации. Обычно, время хранения может составлять годы.
Для стирания информации нужно уничтожить объемный заряд. Это осуществляется подачей на затвор отрицательного напряжения равного по величине напряжению программирования.
Таким образом, использование МНОП или МАОП транзисторов позволяет построить запоминающие устройства с электрическим программированием и стиранием информации и длительным сроком хранения при отключенном источнике питания.
