stringtranslate.com

СППЗУ

EPROM: Texas Instruments TMS27C040, КМОП-чип с 4 мегабитами памяти и 8-битным выходом (показан здесь в 600-миллиметровом керамическом двухрядном корпусе). TMS27C040 работает при напряжении 5 вольт, но должен быть запрограммирован при напряжении 13 вольт. [1]

EPROM (редко EROM ), или стираемая программируемая постоянная память , представляет собой тип программируемой постоянной памяти ( PROM) , которая сохраняет свои данные при отключении питания. Компьютерная память, которая может извлекать сохраненные данные после выключения и повторного включения питания, называется энергонезависимой . Это массив транзисторов с плавающим затвором , индивидуально программируемых электронным устройством, которое подает более высокие напряжения, чем те, которые обычно используются в цифровых схемах. После программирования EPROM можно стереть, подвергнув его воздействию сильного ультрафиолетового (УФ) источника света (например, ртутной лампы ). EPROM легко узнать по прозрачному окну из плавленого кварца (или в более поздних моделях из смолы) в верхней части корпуса, через которое виден кремниевый чип, и которое допускает воздействие ультрафиолетового света во время стирания. [2] Он был изобретен Довом Фроманом в 1971 году. [3]

Операция

Intel 1702A EPROM, один из самых ранних типов EPROM (1971), 256 на 8 бит. Маленькое кварцевое окно пропускает ультрафиолетовый свет для стирания.

Разработка ячейки памяти EPROM началась с исследования неисправных интегральных схем, в которых были нарушены соединения затворов транзисторов. Сохраненный заряд на этих изолированных затворах изменяет их пороговое напряжение .

В 1957 году Фрош и Дерик смогли изготовить первые полевые транзисторы на основе диоксида кремния в Bell Labs, первые транзисторы, в которых сток и исток были смежными на поверхности. [4] После изобретения MOSFET в Bell Labs Фрэнк Уонласс изучал структуры MOSFET в начале 1960-х годов. В 1963 году он заметил движение заряда через оксид на затвор . Хотя он не стал развивать эту идею, она позже стала основой для технологии EPROM. [5]

В 1967 году Давон Канг и Саймон Мин Сзе из Bell Labs предложили использовать плавающий затвор MOSFET для ячейки перепрограммируемого ПЗУ (постоянного запоминающего устройства). [3] Основываясь на этой концепции, Дов Фроман из Intel изобрел EPROM в 1971 году [3] и получил патент США 3 660 819 в 1972 году. Фроман разработал Intel 1702, 2048-битный EPROM, который был анонсирован Intel в 1971 году. [3]

Каждое место хранения EPROM состоит из одного полевого транзистора . Каждый полевой транзистор состоит из канала в полупроводниковом теле устройства. Контакты истока и стока выполнены в областях на конце канала. Изолирующий слой оксида выращивается над каналом, затем осаждается проводящий (кремниевый или алюминиевый) электрод затвора, а затем еще один толстый слой оксида осаждается над электродом затвора. Электрод плавающего затвора не имеет соединений с другими частями интегральной схемы и полностью изолирован окружающими слоями оксида. Осаждается управляющий электрод затвора, и его покрывает дополнительный оксид. [6]

Для извлечения данных из EPROM адрес, представленный значениями на адресных контактах EPROM, декодируется и используется для подключения одного слова (обычно 8-битного байта) памяти к выходным буферным усилителям . Каждый бит слова представляет собой 1 или 0, в зависимости от того, включен или выключен транзистор памяти, проводит или не проводит ток.

Поперечное сечение транзистора с плавающим затвором.

Состояние переключения полевого транзистора контролируется напряжением на управляющем затворе транзистора. Наличие напряжения на этом затворе создает проводящий канал в транзисторе, включая его. По сути, накопленный заряд на плавающем затворе позволяет программировать пороговое напряжение транзистора.

Для хранения данных в памяти требуется выбрать заданный адрес и подать на транзисторы более высокое напряжение. Это создает лавинный разряд электронов, которые имеют достаточно энергии, чтобы пройти через изолирующий оксидный слой и накопиться на электроде затвора. Когда высокое напряжение снимается, электроны захватываются на электроде. [7] Из-за высокого значения изоляции оксида кремния, окружающего затвор, сохраненный заряд не может легко утекать, и данные могут сохраняться десятилетиями.

Процесс программирования не является электрически обратимым. Чтобы стереть данные, хранящиеся в массиве транзисторов, на кристалл направляется ультрафиолетовый свет . Фотоны ультрафиолетового света вызывают ионизацию внутри оксида кремния, что позволяет рассеять накопленный заряд на плавающем затворе. Поскольку весь массив памяти открыт, вся память стирается одновременно. Процесс занимает несколько минут для УФ-ламп удобных размеров; солнечный свет сотрет чип за несколько недель, а внутреннее флуоресцентное освещение — за несколько лет. [8] Как правило, EPROM необходимо извлекать из оборудования, подлежащего стиранию, поскольку обычно нецелесообразно встраивать УФ-лампу для стирания деталей в схеме. Электрически стираемая программируемая постоянная память (EEPROM) была разработана для обеспечения функции электрического стирания и в настоящее время в основном вытеснила детали, стираемые ультрафиолетом.

Подробности

Atmel AT27C010 — одноразовая EPROM-память

Поскольку кварцевое окно дорого в изготовлении, были введены чипы OTP (однократно программируемые); здесь кристалл монтируется в непрозрачном корпусе, поэтому его нельзя стереть после программирования — это также устраняет необходимость в тестировании функции стирания, что еще больше снижает стоимость. Производятся версии OTP как EPROM, так и микроконтроллеров на основе EPROM. Однако OTP EPROM (отдельно или в составе более крупного чипа) все чаще заменяется EEPROM для небольших размеров, где стоимость ячейки не слишком важна, и флэш-памятью для больших размеров.

Запрограммированная EPROM сохраняет свои данные в течение как минимум десяти-двадцати лет [9], причем многие из них все еще сохраняют данные после 35 или более лет, и могут быть прочитаны неограниченное количество раз без ущерба для срока службы. Окно стирания должно быть закрыто непрозрачной этикеткой, чтобы предотвратить случайное стирание ультрафиолетом, присутствующим в солнечном свете или вспышках камер. Старые чипы BIOS ПК часто были EPROM, и окно стирания часто закрывалось клейкой этикеткой, содержащей имя издателя BIOS, версию BIOS и уведомление об авторских правах. Часто эта этикетка была фольгированной, чтобы обеспечить ее непрозрачность для УФ.

Стирание EPROM начинается с длин волн короче 400 нм . Время воздействия солнечного света в течение одной недели или трех лет для комнатного флуоресцентного освещения может вызвать стирание. Рекомендуемая процедура стирания — это воздействие УФ-излучения с длиной волны 253,7 нм мощностью не менее 15 Вт/см 2 , что обычно достигается за 20–30 минут при расстоянии лампы около 2,5 см. [10]

Стирание также можно осуществить с помощью рентгеновских лучей :

Однако стирание должно осуществляться неэлектрическими методами, поскольку электрод затвора недоступен электрически. Освещение ультрафиолетовым светом любой части неупакованного устройства вызывает протекание фототока от плавающего затвора обратно к кремниевой подложке, тем самым разряжая затвор до его первоначального, незаряженного состояния ( фотоэлектрический эффект ). Этот метод стирания позволяет полностью протестировать и исправить сложную матрицу памяти до того, как упаковка будет окончательно запечатана. После того, как упаковка запечатана, информацию все еще можно стереть, подвергнув ее воздействию рентгеновского излучения свыше 5*10 4 рад , [a] доза, которая легко достигается с помощью коммерческих рентгеновских генераторов. [11]

Другими словами, чтобы стереть EPROM, вам сначала пришлось бы просвечивать его рентгеновскими лучами, а затем поместить его в печь при температуре около 600 градусов по Цельсию (чтобы отжечь изменения полупроводников, вызванные рентгеновскими лучами). Влияние этого процесса на надежность детали потребовало бы обширных испытаний, поэтому вместо этого они решили использовать окно. [12]

EPROM имеют ограниченное, но большое количество циклов стирания; диоксид кремния вокруг затворов накапливает повреждения от каждого цикла, делая чип ненадежным после нескольких тысяч циклов. Программирование EPROM происходит медленно по сравнению с другими формами памяти. Поскольку детали с более высокой плотностью имеют мало открытого оксида между слоями межсоединений и затвора, ультрафиолетовое стирание становится менее практичным для очень больших запоминающих устройств. Даже пыль внутри корпуса может помешать стиранию некоторых ячеек. [13]

Приложение

Для больших объемов деталей (тысячи штук и более) ПЗУ с программированием по маске являются самыми дешевыми в производстве устройствами. Однако для их изготовления требуется много недель, поскольку для хранения данных на ПЗУ необходимо изменить рисунок или дизайн в слое маски ИС или фотошаблоне. Первоначально считалось, что EPROM будет слишком дорогим для массового производства и что его можно будет использовать только в разработке. Вскоре было обнаружено, что мелкосерийное производство было экономичным с деталями EPROM, особенно если учитывать преимущество быстрого обновления прошивки.

Некоторые микроконтроллеры , до эпохи EEPROM и флэш-памяти , используют встроенную EPROM для хранения своей программы. К таким микроконтроллерам относятся некоторые версии Intel 8048 , Freescale 68HC11 и версии "C" микроконтроллера PIC . Как и чипы EPROM, такие микроконтроллеры выпускались в оконных (дорогих) версиях, которые использовались для отладки и разработки программ. Тот же чип выпускался в (несколько более дешевых) непрозрачных корпусах OTP для производства. Если оставить кристалл такого чипа открытым для света, поведение может также измениться неожиданным образом при переходе от оконной части, используемой для разработки, к неоконной части для производства.

Поколения, размеры и типы EPROM

Устройства первого поколения 1702 были изготовлены с использованием технологии p-MOS . Они питались напряжением V CC = V BB = +5 В и V DD = V GG = -9 В в режиме чтения, а также напряжением V DD = V GG = -47 В в режиме программирования. [14] [15]

Устройства второго поколения 2704/2708 перешли на технологию n-MOS и трехканальное питание V CC = +5 В, V BB = -5 В, V DD = +12 В с V PP = 12 В и импульсом +25 В в режиме программирования.

Развитие технологии n-MOS ввело однополярное питание V CC = +5 В и однополярное программирующее напряжение V PP = +25 В [16] без импульса в третьем поколении. Ненужные контакты V BB и V DD были повторно использованы для дополнительных адресных битов, что позволило увеличить емкость (2716/2732) в том же 24-контактном корпусе и даже увеличить емкость с более крупными корпусами. Позднее снижение стоимости технологии CMOS позволило изготавливать те же устройства с ее использованием, добавляя букву «C» к номерам устройств (27xx(x) — это n-MOS, а 27Cxx(x) — это CMOS).

В то время как детали одного размера от разных производителей совместимы в режиме чтения, разные производители добавляли разные, а иногда и множественные режимы программирования, что приводило к тонким различиям в процессе программирования. Это побудило устройства большей емкости ввести «режим подписи», позволяющий программисту EPROM идентифицировать производителя и устройство. Он был реализован путем принудительной подачи +12 В на контакт A9 и считывания двух байтов данных. Однако, поскольку это не было универсальным, программное обеспечение программатора также позволяло вручную устанавливать производителя и тип устройства чипа для обеспечения правильного программирования. [17]

EEPROM 8 кбит
К573РФ1
EPROM 8kbit - детали 4 бит

Галерея

Смотрите также

Примечания

  1. ^ 500 Дж /кг

Ссылки

  1. ^ Texas Instruments (1997), TMS27C040 524,288 BY 8-BIT УФ-СТИРАЕМАЯ TMS27PC040 524,288 BY 8-BIT ПРОГРАММИРУЕМАЯ ТОЛЬКО ДЛЯ ЧТЕНИЯ ПАМЯТЬ
  2. ^ "История ЦП - EPROM". www.cpushack.com . Получено 12.05.2021 .
  3. ^ abcd "1971: Представлено повторно используемое полупроводниковое ПЗУ". Computer History Museum . Получено 19 июня 2019 .
  4. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  5. ^ "People". The Silicon Engine . Computer History Museum . Получено 17 августа 2019 г.
  6. ^ Сах 1991, стр. 639.
  7. ^ Оклобдзия, Вожин Г. (2008). Цифровой дизайн и производство . ЦРК Пресс. стр. 5–17. ISBN 978-0-8493-8602-2.
  8. ^ Айерс, Джон Э. (2004), Цифровые интегральные схемы: анализ и проектирование , CRC Press, стр. 591, ISBN 0-8493-1951-X.
  9. ^ Горовиц, Пол ; Хилл, Уинфилд (1989), Искусство электроники (2-е изд.), Кембридж: Cambridge University Press, стр. 817, ISBN 0-521-37095-7.
  10. ^ "M27C512 Datasheet" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2018-09-06 . Получено 2018-10-07 .
  11. ↑ Фроман, Дов (10 мая 1971 г.), Electronics Magazine (статья).
  12. ↑ Марголин, Дж. (8 мая 2009 г.). «EPROM»..
  13. ^ Сах 1991, стр. 640.
  14. ^ "Intel 1702A 2K (256 x 8) УФ-стираемая PROM" (PDF) .
  15. ^ "AMD Am1702A 256-Word by 8-Bit Programmable Read Only Memory" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2018-01-19 . Получено 2018-01-19 .
  16. ^ "16K (2K x 8) UV ERASABLE PROM" (PDF) . amigan.yatho.com . Intel. Архивировано из оригинала (PDF) 13 сентября 2020 г. . Получено 18 апреля 2020 г. .
  17. ^ Комиссия по международной торговле США, ред. (октябрь 1998 г.). Некоторые EPROM, EEPROM, флэш-память и флэш-микроконтроллерные полупроводниковые приборы и продукты, содержащие то же самое, Inv. 337-TA-395. Diane Publishing. стр. 51–72. ISBN 1-4289-5721-9.Подробная информация о методе Silicon Signature компании SEEQ, используемом программатором устройств для считывания идентификатора EPROM.

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме EPROM .