5.7 Репрограммируемые постоянные запоминающие устройства

Репрограммируемые ПЗУ являются наиболее универсальными устройствами памяти. Структурная схема РПЗУ аналогична схеме ОЗУ (рисунок 5.4). Важной отличительной особенностью РПЗУ является использование в МЯП транзистора специальной конструкции со структурой «металл – нитрид – оки­сел – полупроводник» (МНОП). Принцип действия такой ячейки памяти основан на обратимом изменении порогового напряжения МНОП транзистора. Например, если сделать U_{ЗИ ПОР} >U_АШ, то транзистор не будет отпираться адресными импульсами (т. е. не участвует в работе). В то же время другие МНОП транзисторы, у которых U_{ЗИ ПОР} < U_АШ будут функционировать как обычные МДПТ.

Структура МНОП транзистора с индуцированным каналом р-типа имеет вид в соответствии с рисунком 5.7, (а).

а)	б)
Структура	Характеристики

Рисунок 5.7 – МНОП транзистор

Здесь диэлектрик состоит из двух слоев: нитрида кремния (Si₃N₄) и окисла кремния (SiO₂). Пороговое напряжение можно менять, подавая на затвор короткие (порядка 100 мкс) импульсы напряжения разной полярности, с большой амплитудой от 30 до 50 В. При подаче импульса +30 В устанавливается пороговое напряжение U_{ЗИ ПОР} = –5 В. Это напря­жение сохраняется, если использовать транзистор при напряжениях на затворе U_ЗИ = ±10В. В таком режиме МНОП транзистор работает как обычный МДП транзистор с индуцированным каналом р-типа.

При подаче импульса –30 В пороговое напряжение принимает значение U_{ЗИ ПОР} ~20 В, в соответствии с рисунком 5.7, (б). При этом сигналы на входе транзистора U_ЗИ ± 10 В не могут вывести транзистор из закрытого состояния. Это явление используется в РПЗУ.

В основе работы МНОП транзисторов лежит накопление заряда на границе нитридного и оксидного слоев. Это накопление есть результат неодинаковых токов проводимости в слоях. При большом отрицательном напряжении U_ЗИ на границе накап­ливается положительный заряд. Это равносильно введению доноров в диэлектрик и сопровождается увеличением отрицатель­ного порогового напряжения. При большом положительном напряжении U_ЗИ на границе накапливается отрицательный заряд. Это приводит к уменьшению отрицательного порогового напряже­ния. При малых напряжениях U_ЗИ токи в диэлектрических слоях уменьшаются на 10  15 порядков, поэтому накопленный заряд сохраняется в течение тысяч часов, а, следовательно, сохраняется и пороговое напряжение.

Известна и другая возможность построения ячейки памяти для РПЗУ на основе МДП транзисторов с однослойным диэлектри­ком. Если прикладывать к затвору достаточно большое напряже­ние, то будет наблюдаться лавинный пробой диэлектрика, в результате чего в нем будут накапливаться электроны. При этом у транзистора изменится пороговое напряжение. Заряд электронов сохраняется в течение тысяч часов. Для того чтобы осуществить перезапись информации, нужно удалить электроны из диэлектри­ка. Это достигается путем освещения кристалла ультрафиолето­вым светом, вызывающим фотоэффект: выбивание электронов из диэлектрика.

При использовании ультрафиолетового стирания удается суще­ственно упростить схему РПЗУ. Обобщенная структурная схема РПЗУ с ультрафиолетовым стиранием выполнена в соответствии с рисунком 5.8, содержит кроме МЯП дешифратор адресных сигналов (ДАС), устройство выбора кристалла (УВК) и буферный усилитель (БУ) для считывания информации.

Рисунок 5.8 – Структура РПЗУ

По приведенной структурной схеме выполнена, в частности, БИС РПЗУ с ультрафиолетовым стиранием типа К573РФ1 емкостью 8192 бита.