28.1.5.4 Микросхемы репрограммируемых пзу с электрическим стиранием eeprom (эрпзу)

В данных микросхемах и запись и стирание информации осуществляется электрическим способом (многократное перепрограммирование). Второй отличительной особенностью микросхем EEPROM от микросхем EPROM является значительное число перепрограммирования (до 10⁶ циклов).

В них используется МНОП–транзистор: отличается от обычного МОП–транзистора двухслойным подзатворным диэлектриком. На границе диэлектрических слоев возникают центры захвата заряда. Благодаря туннельному эффекту носители заряда могут проходить через тонкую пленку окисла и скапливаться на границе раздела слоев (5÷8 нм). Этот заряд и является носителем информации, хранимой МНОП-транзистором.

!!!Внимание! Текст меньшего размера в материале данной лекции для самостоятельной проработки!!!

Заряд записывают созданием под затвором напряженности электрического поля, достаточной для возникновения туннельного перехода носителей заряда. Наличие заряда влияет на пороговое напряжение включения транзистора.

Для занесения заряда в р-МНОП-транзистор необходимо подать на затвор транзистора импульс напряжения положительной относительно подложки амплитудой полярности, превышающей критическое значение (40 В). При этом на границе окисел кремния – нитрид кремния сформируется заряд, снижающий пороговое напряжение включения р-МНОП-транзистора. Это состояние транзистора принимают за логическую “1”.

Режим занесения заряда под затвор называется режимом программирования.

Состояние транзистора без заряда на границе окисел кремния – нитрид кремния принимают за логический «0». Для перевода р-МНОП–транзистора из состояния «1» в состояние «0» необходимо накопленный заряд вытеснить. Это обеспечивается путем подачи импульса напряжения отрицательной полярности амплитудой 40 В, прикладываемого к управляющему затвору относительно подложки. Этот режим называется режимом стирания.

В режиме считывания на затвор р-МНОП–транзистора подается напряжение, значение амплитуды которого лежит между двумя пороговыми уровнями напряжения р-МНОП–транзистора. Если в транзистор записана логическая «1», то он откроется, если записан логический «0», то будет закрытым. Следовательно, в зависимости от состояния МНОП–транзистора при появлении на его затворе напряжения считывания в разрядной шине, подключенной к истоку р-МНОП–транзистора, либо будет протекать ток, либо нет. Усилитель считывания преобразует состояние шины в уровень логической «1» или логического «0».

Отечественные микросхемы EEPROM с ЗЭ на р-МНОП-транзисторах – это серии КР558РР1, КР1601РР1, КР558РР3.

Более высокое быстродействие имеют микросхемы EEPROM на n-МНОП–транзисторах. Для n-МНОП–транзисторов отрицательный заряд на границе раздела слоев повышает пороговое напряжение (экранирует воздействие положительного напряжения на затворе, отпирающего транзистор). При этом пороговое напряжение возрастает настолько, что напряжение, подаваемое в режиме считывания на затвор транзистора, не в состоянии его открыть (создать в нем проводящий канал). Транзистор, в котором заряд отсутствует, открывается при подаче напряжения считывания.

В режиме программирования используется напряжение амплитудой примерно 20 В.

Отечественные микросхемы EEPROM на n-МНОП–транзисторах КР558РР2, КР558РР3, КР1611РР требуют напряжения программирования 22 В. И в них информация стирается во всех ЗЭ.

Использование двухзатворного транзистора позволяет освободиться от последнего недостатка. В режиме программирования осуществляется запись логического нуля. Для этого на управляющий затвор, исток и сток подают импульс положительного напряжения. В обратно смещенных p-n-переходах возникает лавинный пробой, область которого насыщена электронами. Часть электронов проникает в плавающий затвор. Снятие высокого программирующего напряжения восстанавливает обычное состояние областей транзистора и запирает электроны в плавающий затвор.

Заряженный электронами, он увеличивает пороговое напряжение включения транзистора.

В режиме стирания информации, при котором осуществляется удаление заряда из плавающего затвора, осуществляется подача на управляющие затворы нулевого напряжения, а на стоки – напряжения программирования. В режиме стирания ЗЭ записывается логическая “1”.

Режим чтения аналогичен режиму чтения в УФ РПЗУ.

Отечественной промышленностью на таких транзисторах выпускаются серии микросхем EEPROM К1609, К1624, К1626.

Интерфейс традиционных микросхем EEPROM имеет временную диаграмму режима программирования с большой длительностью импульса, что не позволяет непосредственно использовать сигнал записи системной шины.

Более современные микросхемы EEPROM имеют более сложную внутреннюю структуру, в которую входит управляющий автомат. Это позволяет упростить внешний интерфейс, делая возможным непосредственное подключение к микропроцессорной шине, и скрыть специфические вспомогательные операции стирания и верификации после программирования.