半导体存储器(1)(1)

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。

由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，自1958年美国德克萨斯仪器公司(TI)发明集成电路（IC）后，随着硅平面技术的发展，二十世纪六十年代先后发明了双极型和MOS型两种重要的集成电路，它标志着由电子管和晶体管制造电子整机的时代发生了量和质的飞跃。

MOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P 型MOS管和N型MOS管之分。

由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit）。

目前数字集成电路按导电类型可分为双极型集成电路（主要为TTL）和单极型集成电路（CMOS、NMOS、PMOS等）。

CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。

CMOS发展比TTL晚，但是以其较高的优越性在很多场合逐渐取代了TTL。

以下比较两者性能，大家就知道其原因了。

1.CMOS是场效应管构成，TTL为双极晶体管构成2.CMOS的逻辑电平范围比较大（5～15V），TTL只能在5V下工作3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，TTL则相差小，抗干扰能力差4.CMOS功耗很小，TTL功耗较大（1～5mA/门）5.CMOS的工作频率较TTL略低，但是高速CMOS速度与TTL差不多相当。

集成电路中详细信息：1,TTL电平：输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

半导体存储器LSI 的失效及其预防措施Xie Meng-xian. (电子科大，成都市)作为大规模集成电路大规模集成电路大规模集成电路（LSI ）的半导体存储器，产生失效的机理主要有如下两个方面的因素。

（1）经时退化问题经时退化问题：：这是半导体存储器随着使用时间的增长而发生性能变化的一种现象。

经时退化的主要表现：一是晶体管阈值电压发生变化，并导致电流增大；二是存储单元电容器中的氧化膜泄漏电流增大。

这些现象都是由于器件的微型化和氧化膜厚度的减薄所引起元器件内部电场增强的结果。

解决经时退化的措施：一是优化设计元器件的结构和工艺，以减弱内部电场和提高氧化膜质量；二是降低电源电压，但是电源电压的降低有一定的限度，因此就需要另辟蹊径，一个有效的办法就是在集成电路内部设置一个电压转换器电压转换器电压转换器，用以给存储器提供一个低电压的电源。

（2）软失效问题软失效问题：：在使用中有时会突然发生存储单元误动作的现象，这就是所谓“软失效软失效软失效”（或软击穿，soft-error ）。

1）产生软失效的机理：软失效主要是由于α射线进入到Si 中而产生出大量载流子所引起的。

因为Si 材料或者管壳材料中都或多或少地含有U 、Th 等放射性元素，这些元素的原子核裂变时即产生出α射线；α射线可深入到Si 中20～30μm ，并且在每1μm 内可产生出10fC 的电子-空穴对；所产生的这些载流子电荷即可破坏存储器中所保存的数据——失效，但这种破坏作用是暂时性的，因此称为软失效。

2）防止软失效的措施：①存储单元的电容量要适当大一些（约为30 fF 以上，大约存储有50万个电子的电荷），以保证不会因一个α粒子的电离作用而导致误动作。

所以在DRAM 的设计中，需要考虑的是如何在最小的硅片面积上来获得最大的电容量，以避免产生软失效。

②提高半导体、管壳等所用材料的纯度，以尽量减少放射性元素的影响。

③在集成电路芯片上涂敷一层数十μm 的聚合物薄膜，以阻止来自管壳α射线的侵入。

半导体存储器的分类一．ROM只读存储器，英文名为ROM（Read Only Memory）,所谓只读，从字面上理解就是只可以从里面读出数据，而不能写进去，ROM就是单片机用来存放程序的地方。

只要让存储器满足一定的条件就能把数据预先写进去（用指令编写好程序，再将程序编译成机器码hex文件，用编程器写入单片机集成电路中。

）二．Flash ROM是一种快速存储式只读存储器，这种程序存储器的特点是既可以电擦写，而且掉电后程序还能保存，编程寿命可以达到一千次左右，可以反复烧写的。

目前新型的单片机都采用这种程序存储器。

还有两种早期的程序存储器产品：PROM，EPROM和EEPROM。

（1） PROM：被称为可编程只读存储器，只能写一次，不能重新擦写，习惯上我们把带这种程序存储器的单片机称为OTP型单片机。

存储器容量单位1KB＝1024B；1MB＝1024KB；1GB＝1024MB。

（2）EPROM；称之为紫外线擦除的可编程只读存储器，它里面的内容写上去之后，如果觉得不满意，可以用一个特殊的方法去掉后重写，就是用紫外线照射，这种芯片可以擦除的次数也是有限的，几十次吧，电脑上的BIOS芯片采用的就是这种结构的存储器。

（3） EEPROM：而这种存储器可以直接用电擦写，比较方便数据的改写，它有点类似以Flash存储器，但比Flash存储器速度要慢，现在新型的外部扩展存储器都是这种结构的。

三．RAM：了解了ROM，我们再来讲另外一种存储器，叫随机存取存储器，也叫内存，英文缩写为RAM（Random Access Memory），它是一种既可以随时改写，也可以随时读出里面数据的存储器，类似以我们上课用的黑板，可以随时写东四上去，也可以用黑板擦随时擦掉重写，它也是单片机的重要组成部分，单片机中很多功能寄存器都与它有关。

半导体存储器的分类作者去者日期 2010-3-20 14:27:0021．按制造工艺分类半导体存储器可以分为双极型和金属氧化物半导体型两类。

双极型（bipolar）由TTL晶体管逻辑电路构成。

该类存储器件的工作速度快，与CPU处在同一量级，但集成度低，功耗大，价格偏高，在微机系统中常用做高速缓冲存储器cache。

金属氧化物半导体型，简称MOS型。

该类存储器有多种制造工艺，如NMOS, HMOS, CMOS, CHMOS等，可用来制造多种半导体存储器件，如静态RAM、动态RAM、EPROM等。

该类存储器的集成度高，功耗低，价格便宜，但速度较双极型器件慢。

微机的内存主要由MOS型半导体构成。

2．按存取方式分类半导体存储器可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两大类。

ROM是一种非易失性存储器，其特点是信息一旦写入，就固定不变，掉电后，信息也不会丢失。

在使用过程中，只能读出，一般不能修改，常用于保存无须修改就可长期使用的程序和数据，如主板上的基本输入/输出系统程序BIOS、打印机中的汉字库、外部设备的驱动程序等，也可作为I/O数据缓冲存储器、堆栈等。

RAM是一种易失性存储器，其特点是在使用过程中，信息可以随机写入或读出，使用灵活，但信息不能永久保存，一旦掉电，信息就会自动丢失，常用做内存，存放正在运行的程序和数据。

（1）ROM的类型根据不同的编程写入方式，ROM分为以下几种。

① 掩膜ROM掩膜ROM存储的信息是由生产厂家根据用户的要求，在生产过程中采用掩膜工艺（即光刻图形技术）一次性直接写入的。

掩膜ROM一旦制成后，其内容不能再改写，因此它只适合于存储永久性保存的程序和数据。

② PROMPROM（programmable ROM）为一次编程ROM。

它的编程逻辑器件靠存储单元中熔丝的断开与接通来表示存储的信息：当熔丝被烧断时，表示信息“0”；当熔丝接通时，表示信息“1”。

由于存储单元的熔丝一旦被烧断就不能恢复，因此PROM存储的信息只能写入一次，不能擦除和改写。

单元8 半导体存储器8-1基本理论: 存储器的种类与特性半导体存储器是存储大量的二进制信息的半导体器件。

根据功能划分，有ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两大类。

8-1.1只读存储器ROM(固定存储器)一、特点：1、ROM中的信息是预先写好的，工作时，只能从中读出信息，一般不能随时修改和写入数据。

即不能简单修改。

2、掉电以后，程序也不会丢失。

3、ROM一般用于存储系统程序或用户程序。

二、ROM根据数据写入的方式不同分为三种：1、掩膜ROM：电路在制造过程中，按照用户的要求将信息用掩膜板确定下来。

所以电路出厂以后，内部存储的程序不能改变，只能读出。

不能改动。

2、PROM：可编程存储器，用户可以写入数据。

但一经写入数据后，就不能再改。

PROM在出厂时，存储单元全为“0”或“1”，使用时根据需要将其改写，但只能改写一次。

如：双极型三极管和熔断丝组成的PROM存储单元在出厂时产品的熔断丝全是通的，即存储单元全为1，使用时，如欲使某些单元改为0，则给这些单元通以足够大的电流，将熔断丝烧掉，熔断丝烧掉后，不能再恢复，所以只改写一次。

3、EPROM：它克服了PROM不能改写数据的缺点，用户可以用紫外线擦除存储的数据。

但一般擦除和编程的时间较慢，次数也不宜多，因此，正常工作时它仍工作在读出的状态。

4、EEPROM：EPROM只能整体擦除，不能一个存储单元一个存储单元地独立擦除。

EEPROM是不需要紫外线照射而采用电可改写的ROM，擦除和编程的电流很小，速度也很高。

8-1.2随机存储器RAM一、特点：1、RAM既可以随时从指定的存储单元中读出数据，又可以随时指定的存储单元中写入数据。

所以它存取数据方便，使用灵活，广泛用于计算机的内存中。

2、存储功能必须有外加电源的支持，停电后，存储的数据全部丢失。

二、RAM分为静态RAM和动态RAM两种。

与动态RAM相比,静态RAM消耗功率多,价格高,但无须数据刷新,故电路简单。

半导体存储器半导体存储器，是一种以存储二值信息的大规模集成电路作为存储媒体的存储器，常用于存储程序、常数、原始数据、中间结果和最终结果等数据，是微型计算机的重要记忆元件。

半导体存储器有存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等优点，主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。

目录∙半导体存储器概述∙半导体存储器分类∙半导体存储器原理∙半导体存储器的指标∙半导体存储器概述o和逻辑运算器一样，半导体存储器同样也是各种电子计算机的关键部件，并且广泛应用于各类通讯和家用电子设备中；如今大到超级计算机和航天飞机，小到手机、语言复读机、各种电子玩具以及智能卡，都用到不同种类的半导体存储器；没有存储记忆功能的数字集成系统芯片(system on chip, SOC)，就像人的大脑失去了记忆，如此可知存储器和逻辑运算器同等重要、缺一不可。

现代半导体存储器的基本特点包括高密度、大容量、高速度、低功耗、低成本、类型多、功能强、用途广，几乎在每种半导体存储器中都采用金属-氧化层-半导体（MOS）工艺，并位于整个MOS芯片制造工艺的前沿。

∙半导体存储器分类o半导体存储器是存储二值信息的大规模集成电路，是现代数字系统的重要组成部分。

半导体存储器分类如下：按制造工艺分，有双极型和MOS型两类。

双极型存储器具有工作速度快、功耗大、价格较高的特点。

MOS型存储器具有集成度高、功耗小、工艺简单、价格低等特点。

按存取方式分，有顺序存取存储器（SAM）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）三类。

1.顺序存取存储器（简称SAM）：对信息的存入（写）或取出（读）是按顺序进行的，即具有“先入先出”或“先入后出”的特点。

2.随机存取存储器（简称RAM）：可在任何时刻随机地对任意一个单元直接存取信息。

根据所采用的存储单元工作原理的不同，又将随机存储器分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM。

DRAM存储单元结构非常简单，它所能达到的集成度远高于SRAM。

半导体存储器分类1. 引言半导体存储器是一种用于存储和检索数据的电子设备，广泛应用于计算机、通信设备、嵌入式系统等领域。

根据存储原理和结构特点，半导体存储器可以分为多种不同类型。

本文将对半导体存储器进行分类，并对每种类型进行详细介绍。

2. 分类根据存储原理和结构特点，半导体存储器可以分为以下几种类型：2.1 随机存取存储器（RAM）随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）是一种能够随机访问任意存储单元的存储器。

RAM可以分为静态随机存取存储器（Static RAM，SRAM）和动态随机存取存储器（Dynamic RAM，DRAM）两种类型。

2.1.1 静态随机存取存储器（SRAM）静态随机存取存储器使用触发器作为存储单元，每个存储单元由6个晶体管构成。

SRAM的速度快、可靠性高，但功耗较高，存储密度较低。

2.1.2 动态随机存取存储器（DRAM）动态随机存取存储器使用电容作为存储单元，每个存储单元由一个电容和一个访问晶体管构成。

DRAM具有较高的存储密度和较低的成本，但需要定期刷新以保持数据的稳定性。

2.2 只读存储器（ROM）只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是一种无法进行写操作的存储器，其中的数据在制造过程中被烧录，并在使用过程中保持不变。

ROM可以分为可编程只读存储器（Programmable ROM，PROM）、可擦写只读存储器（Erasable Programmable ROM，EPROM）和闪存（Flash）等类型。

2.2.1 可编程只读存储器（PROM）可编程只读存储器是一种可以被用户编程的只读存储器。

在制造过程中，PROM的存储单元被烧录为1或0，用户可以使用特殊的设备将某些存储单元从1改为0，但无法反向操作。

2.2.2 可擦写只读存储器（EPROM）可擦写只读存储器可以被用户多次擦除和编程的只读存储器。

EPROM在制造过程中被烧录，但用户可以使用紫外线辐射将其擦除，并重新编程。

半导体存储器分类介绍§ 1. 1 微纳电子技术的发展与现状§1.1.1 微电子技术的发展与现状上个世纪50年代晶体管的发明正式揭开了电子时代的序幕。

此后为了提高电子元器件的性能，降低成本，微电子器件的特征尺寸不断缩小，加工精度不断提高。

1962年，由金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）组装成的集成电路（IC）成为微电子技术发展的核心。

自从集成电路被发明以来[1,2]，集成电路芯片的发展规律基本上遵循了Intel 公司创始人之一的Gordon Moore在1965年预言的摩尔定律[3]：半导体芯片的集成度以每18个月翻一番的速度增长。

按照这一规律集成电路从最初的小规模、中规模到发展到后来的大规模、超大规模（VLSI），再到现在的甚大规模集成电路（ULSI）的发展阶段。

随着集成电路制造业的快速发展，新的工艺技术不断涌现，例如超微细线条光刻技术与多层布线技术等等，这些新的技术被迅速推广和应用，使器件的特征尺寸不断的减小。

其特征尺寸从最初的0.5微米、0.35 微米、0.25 微米、0.18 微米、0.15 微米、0.13 微米、90 纳米、65 纳米一直缩短到目前最新的32纳米，甚至是亚30纳米。

器件特征尺寸的急剧缩小极大地提升了集成度，同时又使运算速度和可靠性大大提高，价格大幅下降。

随着微电子技术的高速发展，人们还沉浸在胜利的喜悦之中的时候，新的挑战已经悄然到来。

微电子器件等比例缩小的趋势还能维持多久？摩尔定律还能支配集成电路制造业多久？进入亚微米领域后，器件性能又会有哪些变化？这一系列的问题使人们不得不去认真思考。

20世纪末期，一门新兴的学科应运而生并很快得到应用，这就是纳电子技术。

§1.1.2 纳电子技术的应用与前景2010年底，一篇报道英特尔和美光联合研发成果的文章《近距离接触25nm NAND闪存制造技术》[4]，让人们清楚意识到经过近十年全球范围内的纳米科技热潮，纳电子技术已逐渐走向成熟。

半导体存储器
半导体存储器(semi-conductor memory)
是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器,内存储器就是由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。

按其功能可分为：随机存取存储器（简称RAM）和只读存储器（只读ROM）RAM包括DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器），当关机或断电时，其中的信息都会随之丢失。

DRAM主要用于主存（内存的主体部分），SRAM主要用于高速缓存存储器。

ROM 主要用于BIOS存储器。

按其制造工艺可分为：双极晶体管存储器和MOS晶体管存储器。

按其存储原理可分为：静态和动态两种。

其优点是：体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。

主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。

半导体存储器的技术指标主要有：
1. 存储容量：存储单元个数M×每单元位数N
2. 存取时间：从启动读(写)操作到操作完成的时间
3. 存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间
4. 平均故障间隔时间MTBF（可靠性）
5. 功耗：动态功耗、静态功耗。