Репрограммируемые полупроводниковые запоминающие устройства на основе МДП транзисторов Лятти Алексей Александрович гр

Данные схемы поясняют работу МДП транзистора как элемента памяти. В открытом состоянии напряжение питания падает на нагрузочном сопротивлении и выходное напряжение близко к нулю. А в закрытом состоянии сопротивление транзистора велико и напряжение питания падает на транзисторе и выходное напряжение равно напряжению питания.

Приведенные выше схемы образуют элементарную логическую ячейку со значениями ноль и единица. Для того что бы реализовать на данной элементарной ячейке устройство хранения информации необходимо чтобы при отсутствии напряжения на затворе транзистор мог помнить свое предыдущее состояние. Этого можно добиться регулируя пороговое напряжение V T. 1 – начальное состояние; 2 – транзистор «закрыт»; 3 – транзистор «открыт»

РПЗУ создаются на основе двух видов транзисторов: Транзисторы со структурой метал – нитрид – окисел – полупроводник(МНОП-транзисторы) Полевые транзисторы с плавающим затвором

МНОП ПТ В МНОП транзисторе в качестве подзатворного диэлектрика используют двухслойное покрытие. Первый слой – двуокись кремния, толщина порядка 50 Å. Второй слой – толстый слой нитрида кремния(1000 Å), который имеет ловушки в запрещенной зоне.

Из-за того что диэлектрическая постоянная нитрида кремния в 2 раза больше чем у двуокисла кремния, при подаче на затвор положительного импульса в окисле возникает сильное электрическое поле, которое захватывает электроны из полупроводника. Инжектированые электроны захватываются на глубине ловушек в нитриде кремния и создаю встроенный отрицательный заряд в диэлектрике. Вследствие этого при снятии напряжения с затвора, заряд оставшийся в ловушках хранится длительное время и создает встроенный инверсионный канал.

При подаче импульса отрицательного напряжения происходит туннелирование электронов из ловушек в нитриде кремния в зону проводимости полупроводника. Вследствие этого инверсионный канал исчезает.

МОП ПТ с плавающим затвором В транзисторах с плавающим затвором инжектированый заряд хранится на плавающем затворе, который находится между первым и вторым подзатворными диэлектриками.

При подаче положительного импульса на затвор электроны из полупроводника туннелируют на плавающий затвор создавая на нем отрицательный заряд. Обратный процесс идёт при подаче отрицательного импульса. При снятии напряжения с затвора возможно частичное растекание заряда из-за туннелирования электронов обратно в полупроводник.

На приведенных выше транзисторах строятся элементарные ячейки для флэш-памяти.

Скорость стирания варьируется от единиц до сотен миллисекунд, скорость записи – десятки-сотни микросекунд. Скорость чтения наносекунд. Срок хранения заряда не вечен, из-за того что изоляция плавающего затвора неидеальна. Срок хранения информации составляет примерно лет.

При изменении заряда на плавающем затворе происходят необратимые изменения в структуре. Так же из-за электрического поля происходит диффузия атомов между диэлектриком и полупроводником, что размывает чёткие границы. Из-за этих эффектов количество записей для такой ячейки ограничено 10 – 100 тысячами раз.

Так же в настоящее время на основе данных транзисторов создаются твердотельные накопители(SSD). Данный вид накопителей во скорости и габаритам в разы превосходить жесткие диски(HDD).

Спасибо за внимание