12.6. Перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства

Стираемые и программируемые постоянные запоминающие устройства позволяют удалять введенную информацию и перепрограммировать ПЗУ.

Удаление и перепрограммирование может повторяться как угодно часто без повреждения модуля памяти.

Различают две группы перепрограммируемых постоянных запоминаю­щих устройств. В одной группе информация удаляется ультрафиолетовым светом. Постоянные запоминающие устройства этой разновидности назы­ваются СППЗУ — стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM — Erasable Programmable Read Only Memory или REPROM — Re-programmable Read Only Memory).

Стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства второй группы перепрограммируются электрическим напряжением. Для них принято сокращение EEROM (Electrically Erasable Read Only Memory = элек­трически стираемые постоянные запоминающие устройства) и EAROM (Electrically Alterable Read Only Memory — электрически перепрограммиру­емые постоянные запоминающие устройства).

12.6.1. EPROM и REPROM

EPROM и REPROM незначительно отличаются друг от друга, в основном технологией изготовления. Они идентичны по структуре и принципу дей­ствия и поэтому могут рассматриваться вместе. СППЗУ (стираемое про­граммируемое постоянное запоминающее устройство) и REPROM-запоми-нающий элемент для 1-го бита состоят из двух полевых транзисторов, в основном применяются TV-МОП полевые транзисторы. Структура типич­ного элемента памяти представлена на рис. 12.33. Транзистор Т_х является транзистором выборки, транзистор Т₂ — транзистором памяти.

Затвор транзистора памяти Т₂ окружен материалом с высоким сопро­тивлением. Он ни к чему не присоединен. Такой затвор называется плава­ющим (англ. floating-gate). В стертом состоянии плавающий затвор не заря­жен. Транзистор Т₂ заперт. Если на адресные шины Хи Yпомещают +5 В, то транзистор Т_х откроется. Однако транзистор Т₂ заперт, так что 7-шина, которая одновременно является шиной данных, не может сброситься на L = 0. 7-шина остается на уровне 1. В стертой памяти типа EPROM и REPROM все элементы памяти имеют содержание Н = 1.

При вводе данных нужные элементы перепрограммируются на 0. Гово­рят, что программируются «нули».

Запоминающий элемент имеет содержание памяти 0, если транзистор па­мяти открыт.

Если адресуется элемент с открытым транзистором памяти T_v т. е. на X-шину и 7-шину подано +5 В, то Т_х также открывается. Так как на шине Z действует О В, то шина Y разряжается до уровня приблизительно О В. Как добиться, чтобы транзистор памяти открылся? Нужно зарядить его затвор.

Плавающий затвор А/-МОП-транзистора должен быть заряжен положительно по отношению к подложке, образуя п-проводящий мостик между истоком (Source) и стоком (Drain).

Рассмотрим структуру транзистора памяти (рис. 12.34). Между D и под­ложкой прикладывается относительно высокое напряжение (+27 В). Так как плавающий затвор и изоляционный слой очень тонкие, то возникает очень сильное электрическое поле. Под влиянием этого сильного поля элек­троны от плавающего затвора перемещаются к стоку (против линий поля). Изоляционный слой пропускает электроны из-за очень высокой электри­ческой напряженности поля. Можно сказать, что изоляционный слой крат­ковременно проламывается. На самом деле причиной является туннельный эффект. Этот процесс называется Floating Gate — avalanche-injection (англ. — лавинная зарядка плавающего затвора). МОП-полевой транзистор, заряжа­ющийся по этому принципу, называется FAMOS-транзистор.

Напряжение +27 В называется напряжением программирования. После кратковременного действия этого напряжения затвор заряжается. Мате­риал, окружающий плавающий затвор, является высокоомным. Элект-риче-ский заряд на нем сохраняется. На подложке под плавающим зат­вором возникает я-проводящий мостик. Полевой транзистор низкоомен между S и D.

Ячейки памяти СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запо­минающее устройство) или REPROM программируются по очереди после выбора адресными шинами Хж 7 (см. рис. 12.33). К Хи 7прикладываются напряжения выборки +5 В. Вследствие этого открывается T_v Напряжение 7-шины кратковременно повышается до +27 В. Программирование может неоднократно повторяться по соображениям надежности. По данным про­изводителя, заряд на плавающем затворе сохраняется в течение многих лет, то есть данные могут сохраняться от 1 года до 100 лет.

Запрограммированные СППЗУ и REPROM сохраняют введенную информацию.

Известные производители дают гарантию от 10 лет на сохранность данных.

Для удаления информации из СППЗУ или REPROM стираемый участок че­рез окно над плавающим затвором облучается ультрафиолетом.

Высокоомный материал ионизируется облучением и начинает прово­дить. Затвор медленно разряжается. При мощности излучения примерно 10 Вт • с/см² затвор разряжается за 20—30 минут. Корпус СППЗУ и REPROM имеет окно, проходящее над всей поверхностью кристалли­ческого чипа (рис. 12.35). Ультрафиолетовый свет облучает все элементы памяти и стирает их все одновременно.

Рис. 12.35. Корпус EPROM-REPROM.

При стирании из СППЗУ и REPROM удаляется вся информация.

После удаления информации модуль должен остыть, так как он заметно нагревается. Прежде всего должна уменьшиться ионизация в изолирующем материале. Материал должен снова стать высокоомным. Только тогда мож­но снова начинать цикл программирования. Время охлаждения должно со­ставлять по меньшей мере половину от времени программирования, лучше всего час.