ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ТРАНЗИСТОРНОГО ТИПА

Цифровые и аналоговые интегральные схемы, следящие и логические устройства, энергосберегающие схемы, флеш-память, кварцевые часы и пульт управления телевизором работают на полевых транзисторах (за счёт применения КМОП-структур последние устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии).

По способу хранения бита информации устройства памяти подразделяются на: статические, динамические и постоянные. В статических устройствах для хранения бита информации используют электронные устройства -- триггеры, в динамических -- используют физическое явление -- хранение электрического заряда конденсатором, в постоянных также используют различные физические явления.

Электронное устройство, предназначенное для хранения бита информации называется запоминающим элементом. ТТЛ элемент памяти представляет собой схему статического триггера собранного на транзисторах VT1 и VT2. Особенность схемы состоит в том, что использованы двухэмиттерные транзисторы.

NMOП элемент памяти имеет преимущество в том, что в схеме используются только транзисторы (резисторов нет) а это существенно упрощает технологию и удешевляет микросхему памяти. МОП-транзисторы занимают на кристалле микросхемы в 6—9 раз меньшую площадь, чем транзисторы, используемые в ТТЛ за счёт упрощения топологии, тип транзистора, с индуцированным каналом требует всего одной операции легирования и одной — металлизации.

Принцип работы динамических запоминающих устройств основан на относительно длительном времени хранения заряда конденсатором. В качестве запоминающей емкости используют псевдоконденсатор, образованный на кристалле между электродами затвор (З) -- исток (И) трaнзистора VT2.

Рис. Элемент памяти на полевых транзисторах

 

В модулях оперативной памяти для хранения одного бита информации используется конденсатор — «паразитная» емкость, имеющаяся между электродами транзистора (рис. ). Величина заряда этой емкости определяет хранимый бит: наличие заряда – «0», отсутствие заряда – «1» (иногда наоборот). Управление схемой осуществляется: - при записи информации — подачей потенциала на адресную шину 1 и записываемого бита по информационной шине 2; - при считывании информации — подачей потенциала на адресную шину 3 и анализом изменения потенциала на выходной шине 4.

Для сохранения заряда емкости необходима постоянная его регенерация с периодом десятки миллисекунд. Поэтому такая память является энергозависимой и называется динамической. Схемы считывания сигнала (рис. ) с шины 4 и схемы регенерации заряда емкости не показаны. Эти схемы могут быть различными и именно их организация определяет тип оперативной памяти: FPM DRAM, DRAM EDO, SDRAM, DR DRAM, DDR SDRAM и др.

 

Удобными являются устройства памяти, которые могут хранить информацию при отключении питания, программирование и стирание у которых осуществляется электрическими сигналами (EEPROM). В таких устройствах в качестве элемента памяти используют полевые транзисторы структуры металл-нитрид-окисел-полупроводник (МНОП) или металл-окись алюминия-окисел-полупроводник (МАОП). Характерной особенностью МНОП является гистерезисная зависи­мость порогового напряжения U_ЗИпор  напряжения затвора.

 

В основе работы МНОП лежат процессы накопления носите­лей заряда вблизи границы между нитридным и окисным слоями. При напряжении затвора, обычно превышающем 25 В, через слой ди­электрика протекают токи проводимости, различные по значению и зависящие от напряжения затвора (при малых напряжениях затво­ра эти токи пренебрежимо малы). В слое нитрида кремния происходит локализация и накопление носителей заряда, что индуцирует на поверхности подложки заряд про­тивоположного знака, приводя к изменению порогового напряжения. После снятия напряжения затвора заряд в нитриде кремния может сохраняться в течение нескольких лет.

 На рис.  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 элемент памяти -- это n - канальный МОП транзистор с индуцированным каналом.

 

В КМОП-транзисторах флэш-памяти для обеспечения энергонезависимости под основным затвором помещен еще один, так называемый плавающий затвор (рис. 6.5). Плавающий затвор имеет металлизацию (пленку из арсенида галлия, хрома, никеля, вольфрама и др.) для создания на границе раздела между металлом и полупроводником потенциального барьера Шотки, позволяющего хранить заряд конденсатора длительное время.

 

Рис. 6.5 Структура элемента флэш-памяти           

 

Флэш-память. Нужно устройство, в котором информация может храниться достаточно долго. При подаче на управляющий затвор положительного напряжения происходит туннелирование электронов из сильно легированной области через слой оксида кремния на плавающий затвор, происходит запись. Для считывания подаем на затвор положительное напряжение (оно меньше, чем требуется для записи) и одновременно проверяем напряжение между истоком и затвором. Если есть напряжение, значит нет ничего, если нет - значит есть запись. Для стирания информации подаем отрицательный импульс на затвор.

 

 

 

 

⇐ Предыдущая1234567

Поделиться: