EPROM

ППЗ (редко EROM ), или стираемая программируемая память только для чтения , представляет собой тип программируемой памяти только для чтения (ППЗ) чипа , который сохраняет свои данные , когда его питание выключено. Память компьютера, которая может извлекать сохраненные данные после выключения и повторного включения источника питания, называется энергонезависимой . Это массив транзисторов с плавающим затвором, индивидуально программируемый электронным устройством, которое подает более высокие напряжения, чем те, которые обычно используются в цифровых схемах. После программирования СППЗУ можно стереть, подвергнув его воздействию сильного ультрафиолетового источника света (например, от ртутной лампы.). EPROM легко узнать по прозрачному окну из плавленого кварца в верхней части корпуса, через которое виден кремниевый чип и которое позволяет подвергать воздействию ультрафиолетового света во время стирания.

Операция [ править ]

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

После изобретения MOSFET ( полевого транзистора металл-оксид-полупроводник) Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs , представленном в 1960 году, Фрэнк Ванласс изучал структуры MOSFET в начале 1960-х годов. В 1963 году он заметил движение заряда через оксид на затвор . Хотя он и не преследовал эту идею, позже эта идея стала основой для технологии EPROM. ^[1]

В 1967 году Давон Кан и Саймон Мин Сзе из Bell Labs предложили использовать плавающий затвор полевого МОП-транзистора в качестве ячейки перепрограммируемого ПЗУ (постоянного запоминающего устройства). ^[2] Основываясь на этой концепции, Дов Фроман от Intel изобретен EPROM в 1971 году ^[2] и получил патент США 3,660,819 в 1972 году Фроман проектировал Intel 1702, 2048-битовый EPROM, который был объявлен Intel в 1971 г. ^{[ 2]}

Каждое место хранения СППЗУ состоит из одного полевого транзистора . Каждый полевой транзистор состоит из канала в полупроводниковом корпусе устройства. Контакты истока и стока подключены к областям в конце канала. Изолирующий слой оксида нарастает по каналу, затем наносится проводящий (кремний или алюминиевый) электрод затвора, и еще один толстый слой оксида наносится поверх электрода затвора. С плавающим затвором электрод не имеет соединения с другими частями интегральной схемы и полностью изолирован от окружающих слоев оксида. Осаждается управляющий электрод затвора, который покрывается оксидом. ^[3]

Чтобы получить данные из СППЗУ, адрес, представленный значениями на адресных выводах СППЗУ, декодируется и используется для подключения одного слова (обычно 8-битного байта) памяти к усилителям выходного буфера. Каждый бит слова равен 1 или 0, в зависимости от того, включается или выключается запоминающий транзистор, проводящий или непроводящий.

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

Для хранения данных в памяти необходимо выбрать заданный адрес и подать на транзисторы более высокое напряжение. Это создает лавинный разряд электронов, у которых достаточно энергии, чтобы пройти через изолирующий оксидный слой и накапливаться на электроде затвора. Когда высокое напряжение снимается, электроны задерживаются на электроде. ^[4] Из-за высокой изоляционной способности оксида кремния, окружающего затвор, накопленный заряд не может легко уйти, и данные могут сохраняться в течение десятилетий.

Процесс программирования электрически необратим. Чтобы стереть данные, хранящиеся в массиве транзисторов, ультрафиолетовый свет направляется на кристалл . Фотоны ультрафиолетового света вызывают ионизацию оксида кремния, что позволяет рассеивать накопленный заряд на плавающем затворе. Поскольку отображается весь массив памяти, вся память стирается одновременно. Для УФ-ламп удобных размеров процесс занимает несколько минут; солнечный свет сотрет чип за несколько недель, а внутреннее флуоресцентное освещение - за несколько лет. ^[5]Как правило, EPROM должны быть удалены с оборудования для стирания, поскольку обычно нецелесообразно встроить УФ-лампу для стирания частей в цепи. Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) было разработано для обеспечения функции электрического стирания и в настоящее время в основном заменяет части, стертые ультрафиолетом.

Подробности [ править ]

Поскольку изготовление кварцевого окна дорого, были введены микросхемы OTP (одноразовое программирование); Здесь матрица установлена ​​в непрозрачном корпусе, поэтому ее нельзя стереть после программирования - это также устраняет необходимость тестирования функции стирания, что еще больше снижает затраты. Выпускаются версии OTP как EPROM, так и микроконтроллеров на базе EPROM. Однако OTP EPROM (независимо от того, является ли он отдельным или частью более крупного чипа) все чаще заменяется EEPROM для небольших размеров, где стоимость ячейки не слишком важна, и флэш-памятью для больших размеров.

Запрограммированное СППЗУ хранит свои данные как минимум от десяти до двадцати лет ^[6], причем многие из них все еще сохраняют данные по прошествии 35 или более лет, и их можно считывать неограниченное количество раз, не влияя на срок службы. Окно стирания должно быть закрыто непрозрачной этикеткой, чтобы предотвратить случайное стирание под воздействием ультрафиолета, обнаруженного при солнечном свете или вспышках фотокамеры. Чипы BIOS старых ПК часто были EPROM, а окно стирания часто было закрыто наклейкой с именем издателя BIOS, версией BIOS и уведомлением об авторских правах. Часто эта этикетка была покрыта фольгой, чтобы обеспечить непрозрачность для УФ-излучения.

Стирание СППЗУ начинает происходить при длинах волн короче 400 нм . Время воздействия солнечного света в течение одной недели или трех лет для комнатного люминесцентного освещения может привести к стиранию. Рекомендуемая процедура стирания - это воздействие ультрафиолетовым светом на длине волны 253,7 нм не менее 15 Вт / см ² , обычно достигается за 20–30 минут с лампой на расстоянии около 2,5 см. ^[7]

Стирание также может быть выполнено с помощью рентгеновских лучей :

Однако стирание должно выполняться неэлектрическими методами, так как электрод затвора недоступен электрически. Сияющий ультрафиолетовый свет на любой части неупакованного устройства заставляет фототок течь от плавающего затвора обратно к кремниевой подложке, тем самым разряжая затвор в его начальное незаряженное состояние ( фотоэлектрический эффект ). Этот метод стирания позволяет полностью протестировать и исправить сложный массив памяти до того, как упаковка будет окончательно запечатана. После того, как упаковка запечатана, информацию все еще можно стереть, подвергнув ее рентгеновскому излучению, превышающему 5 * 10 ⁴ рад , ^[а] доза, которую легко получить с помощью коммерческих генераторов рентгеновского излучения. ^[8]

Другими словами, чтобы стереть ваш EPROM, вам нужно сначала подвергнуть его рентгеновскому облучению, а затем поместить в духовку 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 выбрали окно. ^[9]

EPROM имеют ограниченное, но большое количество циклов стирания; диоксид кремния вокруг ворот 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 затвором, ультрафиолетовое стирание становится менее практичным для очень больших запоминающих устройств. Даже пыль внутри упаковки может помешать стиранию некоторых ячеек. ^[10]

Заявление [ править ]

Для больших объемов деталей (тысячи штук и более) ПЗУ с программированием по маске являются устройствами с наименьшими затратами на производство. Однако для их изготовления требуется много недель, поскольку изображение слоя маски IC необходимо изменять для хранения данных на ПЗУ. Первоначально считалось, что СППЗУ будет слишком дорогим для использования в массовом производстве и что его можно будет ограничить только разработкой. Вскоре было обнаружено, что мелкосерийное производство деталей из СППЗУ является экономичным, особенно с учетом преимущества быстрого обновления прошивки.

Некоторые микроконтроллеры , еще до эры EEPROM и флэш-памяти , используют встроенное EPROM для хранения своей программы. К таким микроконтроллерам относятся некоторые версии Intel 8048 , Freescale 68HC11 и версии "C" микроконтроллера PIC . Как и микросхемы EPROM, такие микроконтроллеры выпускались в оконных (дорогих) версиях, которые использовались для отладки и разработки программ. Этот же чип поступал в производство (несколько дешевле) в непрозрачных OTP-корпусах. Оставление кристалла такого чипа на свету также может неожиданным образом изменить поведение при переходе от части с окнами, используемой для разработки, к части без окон для производства.

Поколения, размеры и типы СППЗУ [ править ]

Устройства 1702 первого поколения были изготовлены с использованием технологии p-MOS . Они питались от V _CC = V _BB = +5 В и V _DD = V _GG = -9 В в режиме чтения и от V _DD = V _GG = -47 В в режиме программирования. ^{[11] [12]}

Устройства 2704/2708 второго поколения перешли на технологию n-MOS и на трехканальный источник питания V _CC = +5 В, V _BB = -5 В, V _DD = +12 В с V _PP = 12 В и +25 Импульс напряжения в режиме программирования.

Развитие технологии n-MOS представило однорельсовый источник питания V _CC = +5 В и одиночный V _PP = +25 В ^[13], программирование напряжения без импульса в третьем поколении. Ненужные контакты V _BB и V _DD были повторно использованы для дополнительных битов адреса, что позволило увеличить емкость (2716/2732) в том же 24-контактном корпусе и еще большую емкость в более крупных корпусах. Позже 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 несколько режимов программирования, что приводило к незначительным различиям в процессе программирования. Это побудило устройства большей емкости ввести «режим подписи», позволяющий программисту СППЗУ идентифицировать производителя и устройство. Это было реализовано путем подачи напряжения +12 В на вывод A9 и считывания двух байтов данных. Однако, поскольку это не было универсальным, программное обеспечение также позволяло вручную устанавливать производителя и тип устройства микросхемы для обеспечения правильного программирования. ^[14]

Галерея [ править ]

• EPROM 32 КБ (256 Кбит)

• Этот микроконтроллер 8749 хранит свою программу во внутреннем СППЗУ.

• NEC 02716, 16 Кбит EPROM

См. Также [ править ]

• Программируемая постоянная память
• EEPROM
• Флэш-память
• Intel HEX - формат файла
• SREC - Формат файла
• Программист (оборудование)

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Сах, Чих-Тан (1991), Основы твердотельной электроники , World Scientific, ISBN 981-02-0637-2

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме EPROM .

• Спецификации Intel EPROM - intel-vintage.info
• Справочник Intel за 1976 год, включает таблицы данных 1702, 2704, 2708 - archive.org
• Подробная информация о типах EPROM и программировании EPROM
• Видео Intel 1702 EPROM