Режим зберігання - забезпечується надходженням 0 по адресній шині рядка, при цьому транзистор vt5 закривається й ізолює тригер від розрядної шини.
При зчитуванні в адресну шину Xi надходить сигнал 1, транзистор VT5 відкривається, і в розрядну шину подається напруга від джерела живлення через відкритий транзистор VT3. Якщо в ЗП записано “0”, то транзистор VT3 закритий, а транзистор VT1 відкритий, тому при звернені до ЗП струм в розрядну шину не надходить.
При побудові ЗП динамічного типу широко використовується затворні ємності, в яких інформація зберігається в вигляді зарядів на затворах і періодично обновляється (регенерує). Приклад елемента такого типу, широко використовується в практиці, як показано на рис. 53. В найшвидкодіючих пристроях може знаходити застосування двохдіодна динамічна комірка (рис. 54). При проходженні через діод прямого струму в VT1 накопичується заряд неосновних носіїв. При запиранні комірок зворотною напругою діод шоткі VD2 миттєво закривається, і цей заряд фіксується на його ємності. І запис, і зчитування в такій комірці може складати одиниці наносекунд, але інформація повинна достатньо часто регенеруватися.
Рис. 73. ЗП динамічного типу
Рис. 74. Двохдіодна динамічна комірка
Мікросхема ПЗП вмикає матрицю-накопичувач, регістр і дешифратор адреси, підсилювач зчитування. За засобом запису інформації ПЗП поділяються на масочные ПЗП, програмовані ПЗП (ППЗП) і репрограмовані ПЗП (РПЗП).
Масочні ПЗП виготовляють в основному на біполярних або польових транзисторах. Запис інформації в ПЗП здійснюється на одній із завершальних технологічних операцій виготовлення мікросхем шляхом формування схеми під’єднання транзисторів до шини рядка (рис. 55).
Рис. 75. Схема під’єднання транзисторів до шини рядка
Організація ПЗП може бути як одно розрядною, так і багато розрядною. Зокрема, на (рис. 55) показана структура ПЗП з організацією m*n біт. Інформація записується одноразово. При кодуванні можна прийняти наступні умови: “0” відповідає наявності сполучення бази транзистора з шиною рядка, “1” – відсутності такого сполучення.
При вибірці рядка відкриваються транзистори, що з’єднуються з адресною шиною, і на відповідним їм розрядним шинам фіксується “0”. На інших шинах буде рівень “1”. Звичайно передбачається вхід ВМ для сигналу дозволу зчитування.
Аналогічно будуються масочние ПЗП на МДП – транзисторах.
Програмовані ПЗП на відміну від масочних ПЗП дозволяють записати, але також одноразово, потрібну інформацію самому користувачу. Для цього за допомогою спеціального пристрою перепалюють плавкі перемички в місцях з’єднання стовпців і рядків. Один із варіантів ППЗП на основі багатоемітерних транзисторів поданий на рис. 56 . Один транзистор складає рядок. При вибірці за адресною шиною на базу транзистора надходить сигнал. Транзистор відкривається, і на розрядних шинах формується рівень напруги, що відповідає схемі з’єднань з цими шинами емітерів даного транзистора: якщо емітер з’єднаний з шиною, то в цю шину надходить струм від джерела колекторної напруги, якщо перемичка пошкоджена, то струму в шині не буде. Вихідними підсилювачами це розходження в станах розрядних шин перетворюється в код числа.
Рис. 76. ППЗП на основі багатоемітерних транзисторів
Репрограмовані ПЗП зазвичай будують на основі структур МНОН, тобто: метал-нітрид кремнію-оксид кремнію-напівпровідник, або МДН з плаваючим затвором. Нижній примикаючий до напівпровідника шар (структура МНОН подана на рис. 57, а МДН- транзистор з двошаровим діелектриком під затвором) двоокис кремнію товщиною 3-4 нм, “прозорий” для електронів. Якщо до затвору відносно підложки прикласти імпульс напруги додатної полярності, то під дією сильного електричного поля між затвором і під ложкою електрони отримують достатню енергію, щоб пройти тонкий діелектричний шар до границі розділу двох діелектриків. Верхній шар нітриду кремнію має значну товщину, так що електрони перебороти його не можуть.
Рис. 77. Структура МНОН
Накопичений на границі розділу двох діелектричних шарів заряд електрона знижує порогове значення напруги й зміщує передавальну характеристику транзистора вліво (рис. 57б). Так записується “1”. Логічному ”0” відповідає стан транзистора без заряду електрона в діелектрику. Щоб забезпечити цей стан, на затвор подається імпульс напруги від’ємної полярності. При цьому електрони витісняються в підложку. При відсутності заряду електронів під затвором передавальна характеристика зміщується в область високих порогових напруг.
Для зчитування записаної інформації на затвор необхідно подати напругу, значення якого лежить між двома пороговими рівнями, відповідно “0” і “1”. Тоді при записаній “1” транзистор відкриється, а при “0” – залишиться в закритому стані.
Число циклів перепрограмування складає декілька тисяч. Перепрограмування здійснюється значними за амплітудою імпульсами напруги (30-40 В), що обумовлює високі вимоги до електричної міцності діелектричних шарів і електронно-діркових переходів.
Інший напрямок створення РПЗП заснований на використанні властивостей МДН-структур із плаваючим затвором (рис. 58а,б). Особливості пристрою такого елемента пам’яті полягає в тому, що затвор формується всередині діелектрика і не має зовнішніх виводів. Затвор відділений від підложки тонким, прозорим для електронів шаром діелектрика.
Рис. 78. МДН- структура із плаваючим затвором
Для запису “1” між витоком або стоком і підложкою прикладається зворотня напруга, достатня для умов лавинного розмноження електронів в електронно-дірковому переході. Ці електрони, маючи велику кінетичну енергію, попадають на затвор, накопичуються на ньому й створюють потенціал, достатній для наведення каналу. Такому стану транзистора відповідає “0”.
В склад матриці-накопичувача МДН-транзистора з плаваючим затвором вмикають в парі з звичайним МДН- транзистором (рис. 58в). Очевидно, що при провідному стані транзистора VT2, коли записана “1”, через транзистор VT1 і VT2 у вихідну шину потече струм зчитування. Якщо ж записаний “0”, транзистор VT2 закритий і струму не буде.
Спирання інформації в РПЗП такого типу виробляється ультрафіолетовим опроміненням кристалу мікросхеми через вікно в кришці корпусу. Кількість циклів перепрограмування близько 100.
Репрограмовані ПЗП спроможні зберігати заряд при вимкненому живлені на протязі 2-3 тис. год.
Запам’ятовуючі пристрої (ЗП) складають самостійний, широко розвинений клас мікросхем середнього, більшого й найбільшого ступеня інтеграції. Номенклатура сучасних мікросхем включає ОЗП малої ємності й ПЗП достатньо різноманітна. Всі ці ЗП статичного типу: регістрові, матричні, файлові, поразрядні, байтові, так наприклад, К155РУ1(2,3,5), КМ155РУ1, К155РП1(3), К155ПР6(7), К555ИР26 в ТТЛ – серіях.
***