Элемент памяти на структуре ЛИЗМОП с двойным затвором

Вариант ЭП на структуре ЛИЗМОП с двойным затвором (рисунок 8.33) пред­ставляет собой n-МОП-транзистор, у которого в однородном диэлектрике SiO₂ под затвором сформирована проводящая область из металла или поликристаллического кремния. Этот затвор получил название «плавающего» (ПЗ).

Рисунок 8.33

Принцип работы ЛИЗМОП с двойным затвором близок к принципу работы МНОП-транзистора. Здесь также между управляющим затвором и областью канала помещается область, в которую при программировании можно вводить заряд, влияющий на величину порогового напряжения транзистора. Только область введения заряда представляет собой не границу раздела слоев диэлектрика, а окруженную со всех сторон диэлектриком проводящую область (обычно из поликристаллического кремния), в которую, как в ловушку, можно ввести заряд, способный сохранятся в ней в течение очень длительного времени. Эта область называется плавающим затвором.

При подаче на управляющий затвор импульса положительного напряжения относительно большой амплитуды 20-25В в обратно-смещенных p-n переходах возникает лавинный пробой.

Часть электронов, имеющих энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера диэлектрической области, проникает в плавающий затвор. Снятие высокого программирующего напряжения восстанавливает обычное состояние областей транзистора и запирает электроны в плавающем затворе, где они могут находиться длительное время (в высококачественных приборах десятки лет).

Заряженный электронами плавающий затвор увеличивает пороговое напряжение транзистора настолько, что в диапазоне рабочих напряжений проводящий канал в транзисторе не создается.

При отсутствии заряда в плавающем затворе транзистор работает в обычном ключевом режиме.

Стирание информации может производиться двумя способами

· в РПЗУ-УФ с помощью УФ-облучения;

· в РПЗУ-ЭС электрическими сигналами.

В первом случае корпус ИС имеет специальное прозрачное окошко для облучения кристалла (рисунок 8.34). Двуокись кремния и поликремний прозрачны для ультрафиолетовых лучей. Эти лучи вызывают в областях транзистора фото и тепловые токи, что делает области прибора проводящими и позволяет зарядам покинуть плавающий затвор.

Операция стирания информации этим способом занимает десятки минут, информация стирается сразу во всем кристалле.

Недостатками микросхем РПЗУ-УФ являются:

· небольшое число циклов пе­репрограммирования (от 10 до 100), что обусловлено быстрым старением диэлектрика под влиянием УФ-излучения;

· необходимость изъятия из аппара­туры для стирания информации;

· большое время стирания;

· потребность в спе­циальном оборудовании для стирания;

· высокая чувствительность к освеще­нию и возможность случайного стирания информации.

Рисунок 8.34

Вместе с тем у микросхем этой группы есть и важные преимущества: сравнительно высокое быстродействие; большое разнообразие вариантов выполнения по информа­ционной емкости; невысокая стоимость и доступность.

На рисунке 8.35 представлен ультрафиолетовый стиратель LER- 123A.

Рисунок 8.35

Во втором случае электрическое стирание информации осуществляется подачей на управляющий затвор низкого (нулевого) напряжения, а на стоки – высокого напряжения программирования. Электрическое стирание имеет преимущество: можно стирать информацию не со всего кристалла, а выборочно (индивидуально для каждого адреса).

Длительность процесса стирания уже не десятки минут, а значительно меньше (250нс - 90нс). Число циклов программирования – 10⁴…10⁶. Поэтому в настоящее время электрическое стирание почти полностью вытеснило УФ стирание.

Подключение ЛИЗМОП-транзисторов к линиям выборки строк и линиям чтения в матрицах ЗУ представлено на рисунке 8.36.

Рисунок 8.36

Запись лог. «0» осуществляется путем заряда плавающего затвора инжекцией «горячих» электронов в режиме программирования. Стирание информации, под которым понимается удаление заряда из плавающего затвора, приводит к записи во все запоминающие элементы лог. единиц, т.к. в данном случае опрашиваемые транзисторы открываются и передают напряжение источника питания U_ип на линии считывания.