К преимуществам сппзу следует отнести большую информационную ёмкость, простоту используемых элементов и их малую площадь. Недостатком можно считать то, что информацию нельзя стереть выборочно.

Запись (программирование).

На шину Y подается высокое напряжение» 10 В. При длине канала 1 мкм напряженность поля достигает 10⁵ В/см. Это явно больше критического уровня, который составляет 5 ^. 10³-10⁴ В/см. При таких полях появляются неравновесные электроны (не находящиеся в термодинамическом равновесия с решеткой). На шину Х также подается импульс высокого напряжения, который обеспечивает вертикальную составляющую напряженности поля. Неравновесные электроны проходят через тонкий слой оксида кремния и попадают в плавающий затвор. Ток этих электронов мал» 10^-12 А. И для накопления заряда на плавающем затворе требуется достаточно длительное время»1 мс. За это время на затвор попадает порядка 10⁴ электронов. Образовавшийся на плавающем затворе отрицательный заряд приводит к резкому увеличению напряжения, которое необходимо подать на шину «Х», для того чтобы образовался канал инверсной проводимости. Стандартного порогового напряжения будет не достаточно для того, чтобы транзистор открылся. Отрицательный заряд на плавающем затворе, а значит и записанная информация в таких структурах сохраняется до 10 лет.

Стирание информации – удаление электронов с плавающего затвора осуществляется облучением всей микросхемы ультрафиолетовым светом. Для этого в корпусе микросхемы предусмотрено кварцевое окошко. Под действием света: увеличивается проводимость окиси кремния; электроны приобретают дополнительную энергию достаточную для преодоления потенциального барьера на границе Si- SiO₂. На подложку во время облучения подаётся положительное напряжение под действием которого электроны с плавающего затвора сквозь SiO₂ переходят в подложку. Время стирания» 10 – 30 минут.

Недостатком можно считать, что стирание осуществляется сразу для всех элементов матрицы.

Считывание. На шину «X» подают напряжение U = Uпор. В выбранной строке «Y» транзисторы будут либо закрыты если на плавающем затворе находится отрицательный заряд, либо открыты при его отсутствии.

Триггер симметричный

Симметричный триггер состоит из двух инверторов (n-МОП с динамической нагрузкой) с перекрестными обратными связями (вход 1 соединен с выходом 2, а вход 2 – с выходом 1). Триггер может находится в одном из 2-х устойчивых состояний: либо Т_А1 – открыт, а Т_А2 – закрыт; либо Т_А2 – открыт, Т_А1 – закрыт.К точкам А и В подсоединяются управляющие транзисторы, соединенные с шинами «X» и «Y».

Полная схема ячейки памяти представлена на следующем рис.

- Т1 и Т2 – активные транзисторы инверторов, - Т3 и Т4 – нагрузочные транзисторы инверторов, - Т5 и Т6 – управляющие транзисторы, соединенные с шинами Yi и Yi+1.

При отсутствии на шине Х_i напряжения выборки транзисторы Т5 и Т6 закрыты. Триггер будет «отключен» от шин столбцов Yi и Yi_+1. И может сколь угодно долго хранить ранее полученную информацию, пока не отключено напряжение питания.

Запись информации.

Чтобы произвести запись информации на одну из шин «Y» столбца подают напряжение, соответствующее логическому 0, а на другую – соответствующее логической 1. Затем на шину Х подают положительный импульс выборки и управляющие транзисторы Т5 и Т6 открываются, и в плечах триггера (точках А и В) появляются соответствующие шинам Y_i и Y_i+1 напряжения столбцов. В результате, триггер устанавливается в одно из двух устойчивых состояний.

Считывание информации.

При считывании информации шины столбцов подключаются ко входам усилителя считывания (с большим входным сопротивлением). И при поступлении на шину «Х» положительного импульса выборки, транзисторы Т5 и Т6 открываются, и по шинам Y_i и Y_i+1 на входы усилителя поступают напряжения, соответствующие состоянию триггера. Эти напряжения усиливаются усилителем считывания. В принципе, аналогичное устройство может быть построено на комплиментарных структурах (что позволяет снизить потребляемую мощность и увеличить степень интеграции).В качестве нагрузки может быть использован и высокоомный слой поликристаллического кремния.

25.Варианты и характеристики МОП транзисторов.

Недостатки КМОП – ключа

1. Образуется паразитные р-n-р-n –тиристорные структуры. Они склонны к самопроизвольному (пробою). 2. Токи утечки, если нет охранных колец, связаны с образованием паразитных каналов инверсной проводимости.

Лучшим вариантом является КМОП на сапфировой подложке. На подложку Al2O3 наносится слой Si(1,0,0) и в нем обычным способом формируетсяКМОП транзистор. После этого проводится специальное сглаживающее травление, чтобы металлическая разводка не испытывала резких изломов, на которых будут скапливаться дефекты кристаллической структуры.

 

КМОП-транзисторы на сапфировой подложке обладают минимальным током утечки, отсутствующие ёмкости между соседними приборами не требуют изготавливать охранных колец и толстых слоёв SiO2, то есть проблем паразитной инверсии проводимости не существует. Все приборы на диэлектрике более радиационной стойкости, следовательно размеры уменьшаются на 50% по сравнению с приборами из кремния, так же увеличивается быстродействие.

29.Ключ на активном n-МОП транзисторе(с индуцированным каналом) с нагрузочным n-МОП транзистором с встроенным каналом.

T_н – n-МОП со встроенным каналом

T_А – n-МОП с индуцированным каналом

Транзистор Tн всегда открыт независимо от Uпит, следовательно перезаряд нагрузочной емкости происходит значительно быстрее, чем в случае с резистивной нагрузкой.

Пусть на входе U < Uпор (логический 0). Тогда T_А закрыт, т.е. на выходе логическая 1 (Сн заряжается от U = Uпит).

А- активный транзистор в режиме насыщения, а нагрузочный транзистор находится в активном режиме.

В- оба находятся в режиме насыщения- переключение ключа. Выходное напряжение в пределах этой области меняется скачком.

С- пологий участок нагрузочного транзистора.

 

При подаче на вход активного транзистора U Uпор (логическая 1) Активный транзистор открывается и по нему течёт ток, этот же ток течёт и по нагрузочному транзистору. Этим током разряжается ёмкость нагрузки C нагр, на выходе получаем логический «0», но он появится, если параметры нагрузочного транзистора и активного транзистора будут правильно выбраны.

 

Крутизна нагрузочного транзистора:

 

 

- подвижность электронов в канале(в данном случае они одинаковы)

Удельная ёмкость тоже практически одинакова.

Относительная крутизна:

 

 

Только при таких значения получится приемлемая передаточная характеристика.

Передаточная характеристика

Передаточная характеристика – зависимость Uвых от Uвх, она может быть прямая и обратная.

В данном случае на рисунке изображена идеализированная

передаточная характеристика

I – на выходе логическая 1

II- переходная область, происходит процесс переключения.

III – на выходе логический 0

 

27.28.Переходные характеристики ключа на МОП транзисторе с резистивной нагрузкой.

 

Прикладываем U > Uоткр. и через затвор пойдет ток.

Im связан с разрядом емкостной нагрузки следующего каскада.

 

b – удельная характеристики крутизна транзистора

- подвижность электронов в канале

С₀ - удельная емкость окисла (затвор - канал)

Z – ширина канала

L – длина канала

Ток, который ограничивается резистором в цепи, существенно ниже Im, т.к. через открытый транзистор течет ток не от напряжения питания, а из заряженной емкости. После того, как импульс кончился, ток быстро уменьшается до нуля, время спада определяется емкостью затвора С_з и сопротивлением канала r_к:

 

 

Все эти емкости создают Cнагрузки.

Паразитные емкости Cз-и Cз-с можно уменьшить, если избежать самосовмещения полоски затвора и областей стока и истока. Емкость же Сз-к существует всегда, т.к. обусловлена конструктивно.

Время фронта:

Q = C_нU_пит

- время разряда емкости.

После t2 емкости заряжаются, причем очень долго, т.к. зарядка идет через сопротивление нагрузки.

t_c = R_нC_н – время спада

Инверторы на МОП – транзисторах используются редко.

 

Запись (программирование).

На шину Y подается высокое напряжение» 10 В. При длине канала 1 мкм напряженность поля достигает 10⁵ В/см. Это явно больше критического уровня, который составляет 5 ^. 10³-10⁴ В/см. При таких полях появляются неравновесные электроны (не находящиеся в термодинамическом равновесия с решеткой). На шину Х также подается импульс высокого напряжения, который обеспечивает вертикальную составляющую напряженности поля. Неравновесные электроны проходят через тонкий слой оксида кремния и попадают в плавающий затвор. Ток этих электронов мал» 10^-12 А. И для накопления заряда на плавающем затворе требуется достаточно длительное время»1 мс. За это время на затвор попадает порядка 10⁴ электронов. Образовавшийся на плавающем затворе отрицательный заряд приводит к резкому увеличению напряжения, которое необходимо подать на шину «Х», для того чтобы образовался канал инверсной проводимости. Стандартного порогового напряжения будет не достаточно для того, чтобы транзистор открылся. Отрицательный заряд на плавающем затворе, а значит и записанная информация в таких структурах сохраняется до 10 лет.

Стирание информации – удаление электронов с плавающего затвора осуществляется облучением всей микросхемы ультрафиолетовым светом. Для этого в корпусе микросхемы предусмотрено кварцевое окошко. Под действием света: увеличивается проводимость окиси кремния; электроны приобретают дополнительную энергию достаточную для преодоления потенциального барьера на границе Si- SiO₂. На подложку во время облучения подаётся положительное напряжение под действием которого электроны с плавающего затвора сквозь SiO₂ переходят в подложку. Время стирания» 10 – 30 минут.

Недостатком можно считать, что стирание осуществляется сразу для всех элементов матрицы.

Считывание. На шину «X» подают напряжение U = Uпор. В выбранной строке «Y» транзисторы будут либо закрыты если на плавающем затворе находится отрицательный заряд, либо открыты при его отсутствии.

К преимуществам СППЗУ следует отнести большую информационную ёмкость, простоту используемых элементов и их малую площадь. Недостатком можно считать то, что информацию нельзя стереть выборочно.

 

35.ОЗУПВ(Д);DRAM;Схема и работа ячейки памяти.

Принцип действия элементов памяти DRAM – хранение информации с помощью емкостей (конденсаторов). Широко распространены однотранзисторные схемы.

В режиме хранения транзистор закрыт и емкость отключена от шины Y. На ней хранятся либо напряжение, соответствующее логическому 0, либо напряжение, соответствующее логической 1.

В случае хранения логической 1 емкость будет постепенно разряжаться токами утечки в подложку, а в случае логического 0 заряжаться токами утечки транзистора. Следовательно, в обоих случаях необходимо проводить периодическую регенерацию исходных данных, т.е. в динамических ОЗУ нужно восстанавливать информацию.

Регенерация: производят считывание информации и потом с помощью усилителя-регенератора происходит восстановление информации до первичного уровня напряжения и производится запись в элементы памяти.

Режим записи: на шину Y устанавливают напряжение либо логического 0, либо логической 1. Подается положительный импульс выборки. Тогда транзистор открывается и на емкости устанавливается напряжение, поданное на шину Y (0 или1).

Считывание: на шину Y устанавливают опорное напряжение U1 > Uоп. > U0. После этого на шину Х подают положительный импульс выборки. Транзистор открывается и напряжение между емкостями С и Су перераспределяется. Если на емкости С была логическая 1, то на обеих емкостях устанавливается Uоп. + ∆U. Если был логический 0, то Uоп. - ∆U. Эти напряжения являются сигналами шин столбцов и поступают на усилитель считывания. Он сравнивает напряжения, определяя, что было на основной емкости хранения информации. ∆U ≈ 30-50 мВ. Напряжение восстанавливается до исходного и записывается на ячейки.

DRAM потребляет мощность главным образом во время переходных процессов схемами управления и считывания.

DRAM ниже по быстродействию в 20 раз, чем SRAM, но проще в изготовлении и занимают меньшую площадь кристалла.