Các loại bộ nhớ bán dẫn 1

ROM mặt nạ (Mask Programmed ROM, MROM)

Đây là loại ROM được chế tạo để thực hiện một công việc cụ thể như các bảng tính, bảng lượng giác , bảng logarit . . . . ngay sau khi xuất xưởng. Nói cách khác, các tế bào nhớ trong ma trận nhớ đã được tạo ra theo một chương trình đã xác định trước bằng phương pháp mặt nạ: đưa vào các linh kiện điện tử nối từ đường từ qua đường bít để tạo ra một giá trị bit và để trống cho giá trị bit ngược lại.

- (H 7.3) là mô hình của một MROM trong đó các ô vuông là nơi chứa (hay không) một linh kiện (diod, transistor BJT hay MOSFET) để tạo bit. Mỗi ngã ra của mạch giải mã địa chỉ gọi là đường từ và đường nối tế bào nhớ ra ngoài gọi là đường bit. Khi đường từ lên mức cao thì tế bào nhớ hoặc từ nhớ được chọn.

(H 7.3)

Nếu tế bào nhớ là Diod hoặc BJT thì sự hiện diện của linh kiện tương ứng với bit 1 (lúc này đường từ lên cao, Transsisstor hoặc diod dẫn, dòng điện qua điện trở tạo điện thế cao ở hai đầu điện trở) còn vị trí nhớ trống tương ứng với bit 0.

Đối với loại linh kiện MOSFET thì ngược lại, nghĩa là sự hiện diện của linh kiện tương ứng với bit 0 còn vị trí nhớ trống tương ứng với bit 1 (muốn có kết quả như loại BJT thì thêm ở ngã ra các cổng đảo).

(H 7.4) là một thí dụ bộ nhớ MROM có dung lượng 16x1 với các mạch giải mã hàng và cột (các mạch giải mã 2 đường sang 4 đường của hàng và cột đều dùng Transistor MOS và có cùng cấu trúc).

(H 7.4)

Trong thực tế, để đơn giản cho việc thực hiện, ở mỗi vị trí nhớ người ta đều cho vào một transistor MOS. Nhưng ở những vị trí ứng với bit 1 các transistor MOS được chế tạo với lớp SiO₂ dầy hơn làm tăng điện thế ngưỡng của nó lên, kết quả là transistor MOS này luôn luôn không dẫn điện (H 7.5), Các transistor khác dẫn điện bình thường.

(H 7.5)

ROM lập trình được (Programmable ROM, PROM)

Có cấu tạo giống MROM nhưng ở mỗi vị trí nhớ đều có linh kiện nối với cầu chì. Như vậy khi xuất xưởng các ROM này đều chứa cùng một loại bit (gọi là ROM trắng), lúc sử dụng người lập trình thay đổi các bit mong muốn bằng cách phá vỡ cầu chì ở các vị trí tương ứng với bit đó. Một khi cầu chì đã bị phá vỡ thì không thể nối lại được do đó loại ROM này cho phép lập trình một lần duy nhất để sử dụng, nếu bị lỗi không thể sửa chữa được (H 7.6).

(H 7.6)

Người ta có thể dùng 2 diod mắc ngược chiều nhau, mạch không dẫn điện, để tạo bit 0, khi lập trình thì một diod bị phá hỏng tạo mạch nối tắt, diod còn lại dẫn điện cho bit 1

ROM lập trình được, xóa được bằng tia U.V.

(Ultra Violet Erasable Programmable ROM, U.V. EPROM)

Đây là loại ROM rất tiện cho người sử dụng vì có thể dùng được nhiều lần bằng cách xóa và nạp lại. Cấu tạo của tế bào nhớ của U.V. EPROM dựa vào một transistor MOS có cấu tạo đặc biệt gọi là FAMOS (Floating Gate Avalanche Injection MOS)

(H 7.7)

Trên nền chất bán dẫn N pha loãng, tạo 2 vùng P pha đậm (P⁺) nối ra ngoài cho 2 cực S (Source) và D (Drain). Trong lớp cách điện SiO₂ giữa 2 cực người ta cho vào một thỏi Silicon không nối với bên ngoài và được gọi là cổng nổi. Khi nguồn V_DD, phân cực ngược giữa cực nền và Drain còn nhỏ, transistor không dẫn, nhưng nếu tăng V_DD đủ lớn, hiện tượng thác đổ (avalanche) xảy ra, electron đủ năng lượng chui qua lớp cách điện tới bám vào cổng nổi. Do hiện tượng cảm ứng, một điện lộ P hình thành nối hai vùng bán dẫn P⁺ , transistor trở nên dẫn điện. Khi cắt nguồn, transistor tiếp tục dẫn điện vì electron không thể trở về để tái hợp với lỗ trống.

Để xóa EPROM, người ta chiếu tia U.V. vào các tế bào trong một khoảng thời gian xác định để electron trên cổng nổi nhận đủ năng lượng vượt qua lớp cách điện trở về vùng nền tái hợp với lỗ trống xóa điện lộ P và transistor trở về trạng thái không dẫn ban đầu.

(H 7.8)

Mỗi tế bào nhớ EPROM gồm một transistor FAMOS nối tiếp với một transistor MOS khác mà ta gọi là transistor chọn, như vậy vai trò của FAMOS giống như là một cầu chì nhưng có thể phục hồi được.

Để loại bỏ transistor chọn người ta dùng transistor SAMOS (Stacked Gate Avalanche Injection MOS) có cấu tạo tương tự transistor MOS nhưng có đến 2 cổng nằm chồng lên nhau, một được nối ra cực Gate và một để nổi. Khi cổng nổi tích điện sẽ làm gia tăng điện thế thềm khiến transistor trở nên khó dẫn điện hơn. Như vậy nếu ta chọn điện thế V_c ở khoảng giữa VT₁ và VT₂ là 2 giá trị điện thế thềm tương ứng với 2 trạng thái của transistor (VT₁<V_c<VT₂) thì các transistor không được lập trình (không có lớp electron ở cổng nổi) sẽ dẫn còn các transistor được lập trình sẽ không dẫn.

(H 7.9)

Điểm bất tiện của U.V EPROM là cần thiết bị xóa đặc biệt phát tia U.V. và mỗi lần xóa tất cả tế bào nhớ trong một IC nhớ đều bị xóa. Như vậy người sử dụng phải nạp lại toàn bộ chương trình

ROM lập trình được và xóa được bằng xung điện

(Electrically Erasable PROM, EEPROM hay Electrically Alterable PROM, EAPROM)

Đây là loại ROM lập trình được và xóa được nhờ xung điện và đặc biệt là có thể xóa để sửa trên từng byte. Các tế bào nhớ EEPROM sử dụng transistor MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) có cấu tạo như (H 7.10).

(H 7.10)

Giữa lớp kim loại nối ra các cực và lớp SiO₂ là một lớp mỏng chất Nitrua Silic (Si₃N₄) - từ 40nm đến 650nm - Dữ liệu được nạp bằng cách áp một điện thế dương giữa cực G và S (khoảng 20 đến 25V trong 100ms). Do sự khác biệt về độ dẫn điện, electron tích trên bề mặt giữa 2 lớp SiO₂ và Si₃N₄ , các electron này tồn tại khi đã ngắt nguồn và làm thay đổi trạng thái dẫn điện của transistor. Bây giờ nếu áp một điện thế âm giữa cực G và S ta sẽ được một lớp điện tích trái dấu với trường hợp trước. Như vậy hai trạng thái khác nhau của Transistor có thể thiêt lập được bởi hai điện thế ngược chiều nhau và như vậy các tế bào nhớ được ghi và xóa với 2 xung điện trái dấu nhau.