4.8. Ячейки памяти ис запоминающих устройств
Простейшей возможностью записи информации в матричное ЗУ является изготовление в местах пересечений проводников пережигаемых перемычек, рис. 35.
Рис. 35
Они выполняются в виде предельно тонкого проводника, изготовленного напылением на поверхность подложки. При программировании (прошивке) такого ЗУ в соединительные цепочки подаётся ток, достаточный для теплового разрушения, пережигания перемычки. Если ток не подаётся, перемычка остаётся и обеспечивает соединение. Поскольку восстановить разрушенные перемычки нельзя, информацию в таком ЗУ обновить нельзя, т.е. это постоянное запоминающее устройство, ПЗУ. Информация в нём сохраняется независимо от подачи энергии, поэтому такое ПЗУ энергонезависимое.
В оперативных ЗУ (ОЗУ) процессы записи и считывания должны быть предельно быстрыми. Наибольшее быстродействие ОЗУ обеспечивается при использовании бистабильных ячеек. На рис. 36 показана схема простейшей бистабильной ячейки на n-канальных МДП транзисторах. Здесь Т1 и Т2 – основные транзисторы ячейки, Т3 и Т4 выполняют функцию МДП ‑ резисторов. Т5 открывает доступ к ячейке. При управляющем напряжении Uупр больше порогового напряжения Т5 он открывается, что делает возможным режим считывания или записи. Когда Т5 закрыт, обеспечивается режим хранения.
Рис. 36
Работа бистабильной ячейки основывается на использовании положительной обратной связи (ПОС).
Пусть, например, в исходном состоянии Т1 закрыт, а Т2 открыт. При подаче через Т5 короткого положительного импульса (логической единицы) Т1 откроется, появившийся в нем ток создаст на Т3 значительное падение напряжения. В результате напряжение сток-исток Т1 резко упадёт. Это напряжение одновременно является напряжением затвор-исток Т2. Поэтому Т2 закроется, его напряжение сток-исток резко возрастёт. Большое напряжение на выходе ячейки означает, что в неё записана логическая
единица. Таким образом, начатое внешним воздействием изменение состояния схемы поддерживается обоими её транзисторами. Этот процесс завершается изменением состояния на противоположное (Т1 открыт, Т2 закрыт). На выходе ячейки установится большое, т.е. единичное напряжение.
Как исходное, так и установившееся состояния являются абсолютно устойчивыми, чем обеспечивается хранение записанной информации. Изменить состояние можно будет только подачей в ячейку напряжения (записью нуля или единицы). Благодаря ПОС процессы изменения состояния происходят очень быстро.
Функцию соединения (ячейки) в матричных ЗУ могут выполнять самые разные элементы – диоды, транзисторы, схемотехнические узлы на транзисторах. Все они должны обладать двумя устойчивыми электрическими состояниями, например открытым и закрытым в диодах и транзисторах.
4.9. Ssd память
Применявшиеся несколько десятков лет устройства памяти на основе магнитных (HDD) и оптических (CD, DVD) дисков быстро вытесняются полупроводниковыми ИС памяти, изготовленными на основе полупроводниковой интегральной технологии (Solid State Drive, SSD). Отличительными особенностями SSD накопителей являются:
Быстро растущий объем (10 Тб в 2018 году);
Быстро снижающаяся себестоимость;
Высокая надёжность;
Высокое быстродействие;
Малые масса и габариты.
По всем этим важнейшим параметрам SSD память уже многократно превосходит или «догоняет» дисковую память.
Основным типом ячейки памяти в SSD является МДП транзистор с плавающим затвором и различные варианты его конструкции. Основным вариантом объединения ячеек является матричная организация.
Плотность компоновки ячеек SSD позволяет многократно увеличить принцип их многослойного размещения, при котором двумерные, плоские матрицы располагаются одна над другой. Уже существуют 16-слойные накопители (2018 год). Технологию изготовления таких ИС уже нельзя называть планарной – наиболее подходящим её названием, по-видимому, будет «3D ИС».
Для SSD накопителей характерно значительное разнообразие вариантов конструкции и схем управления. В любом случае необходима система управления ‑ контроллер, изготавливаемый непосредственно в ИС накопителя.
Размещение в SSD накопителе миниатюрной батареи позволяет создавать энергонезависимые накопители на основе комплементарных МДП транзисторов. Такой подход импользуется в так называемых «флешках» и картах памяти.