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半导体存储器

主要内容¨引言¨半导体存储器的主要指标和类型¨几种半导体存储器的工作原理¨浮栅存储器的失效表征¨浮栅存储器的可靠性问题¨浮栅存储器的失效机理2

存储器的产生及发展¨1967年Kahng、S.Sze——非挥发存储器¨1968年Dennard——单晶体管DRAM¨1971年第一个浮栅器件问世¨1987年Flash存储器提出¨1993年16MbflashEEPROM问世3

引言(什么是存储器？存储器是一种能存放数据程序的部件。它必须具备的基本功能就是保存所读入的代码，在需要时可以取出(读出)。存储器不仅是各种电子数字计算机的主要组成部分，也为其他电子技术广泛采用。表征微电子的技术水平半导体存储器的性能水平4

半导体存储器的应用领域各型计算机工程工作站IC存储卡通信设施数字电视办公设备(如传真机)家电设备(如CD机)大多数具有智能性的设备、仪表或部件存储器电路一直是数字型集成电路的主流产品，是半导体产品总销售额最大的支柱。5

半导体存储器的主要指标衡量它的工作能力的大小，容量越存储容量大其工作能力越强。一般来说存储单元的总数就是它的存储容量。如：千位(Kb)、兆位(Mb)、千兆位(或吉位)(Gb)。即存取速度。它用存取周期来表示。存取周期指的是从存储器开始存取第一个字到能够存取第二个字为止所需的时间，也称为存取时间。存取时间越短，存取速度就越高，该存储器的性能也就越好。工作速度6

存储器的可靠性两次故障之间的平均时间间隔存储器的可靠性平均故障间隔时间MTBFMTBF越长，表示可靠性越高，即保持正确工作能力越强。7

性能价格比存储器容量存储周期可靠性性能价格比是一个综合性指标，对于不同的存储器有不同的要求。对于外存储器，要求容量极大，而对缓冲存储器则要求速度非常快，容量不一定大。性能/价格比是评价整个存储器系统很重要的指标。8

?在选用存储器时不但要对它的容量和速度，还要对它的功耗、体积、成本和可靠性等指标进行综合考虑。9

半导体存储器的分类n双极型存储器优点：速度快缺点：功耗大，工艺复杂、成本高而集程度又不够大nMOS型存储器优点：密度高、容量大、功耗低、成本低缺点：速度较慢。F随着半导体工艺技术的发展，MOS存储器工作速度的不断提高，它已成为数字技术中必不可少的组成部分，是大规模集成电路的一个重要方面。10

半导体存储器MOS存储器RAMROMDRAMSRAM掩模ROMPROMEPROMEEPROMFlashMemory双极型存储器半导体存储器的分类图11

RAM(RandomAccessMemory)RAM(随机存取存储器):定义：是以大致相同的高速度实现读出和写入的存储器。特点：可以随时存取数据，但是一旦断电，保存在其中的数据就会全部丢失。RAM一般分为两类：¨动态RAM(DynamicRAM,DRAM)¨静态RAM(StaticRAM,SRAM)$RAM在计算机中常用来存放各种数据、指令和计算的中间结果。由于SRAM的读写速度远快于DRAM，所以PC中SRAM大都作为高速缓存(Cache)使用，DRAM则作为普通的内存和显示内存使用。12

DRAM(DynamicRAM)DRAM(动态随机存取存储器)：利用MOS管的栅极电容对电荷的暂存作用来存储信息的。D优点：存储单元元件最少，集成度最高，功耗小，每位成本也最低。D缺点：需要刷新和对时序有严格的要求。它的抗干扰能力差。13

微细加工和DRAM的集成度逐年进展14

SRAM(StaticRAM)SRAM(静态随机存取存储器)：SRAM的存储单元由双稳态触发器组成。D优点：状态稳定，可在不断电的情况下长期保存信号，不需要“刷新”，工作速度较快D缺点：采用6管而集成度不高，功耗大15

其它几种类型的随机存储器结构¨组合随机存储器(iRAM)¨非易失随机存储器(NVRAM)¨视频随机存储器(VRAM)¨内容寻址随机存储器(CAM)16

ROM(Read-OnlyMemory)ROM(只读存储器)：定义：这是一种线路最简单半导体电路，通过掩模工艺，一次性制造，其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉)，不能进行修改。ROM能够高速读出，但不能变更已写入的内容。无论哪种ROM在切断电源后存储的信息都不会丢失，故称为非挥发性存储器（NonvolatileMemory）。D优点：结构简单，所以位密度比可读/写存储器高。具有非易失性，所以可靠性高。成本低D缺点：一次性制造，不能进行修改17

掩模PROMq在制作阶段就把要写入的数据作为掩模图形定制成型，是永久的数据固化了的掩模编程ROM。生产厂家制定，用户不能自己另行写入18

PROM(ProgrammableRead-OnlyMemory)PR