原创 ROMEPROMEEPROM

mask ROM（掩模型只读存储器）<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

RAM芯片中使用三极管，而mask ROM使用二极管。如果某一位的值为“1”，字线与位线之间有一个二极管相连，如果为“0”，字线与位线是断开的。Mask ROM中的二极管是采用掩膜工艺（一种半导体制作工艺）制作的，所以叫做“掩膜型ROM”。

PROM（Programmable ROM，可编程只读存储器）

制作少量的ROM芯片不仅耗时多而且成本高。基于这种情况，研究人员开发了可编程只读存储器（PROM），用户可以低廉的价格买来空片，并使用编程器（Programmer）这种特殊的工具来写入信息。

PROM中采用“二极管+保险丝”的方式。PROM空片的内容全为“1”，利用编程器将其中的一些保险丝熔断，即可写入数据“0”。

PROM只能写入一次，所以也被称为“一次可编程只读存储器”(One Time Progarmming ROM，OTP-ROM)。如果写错了，芯片也就报销了。这就象我们的练习本，买来的时候是空白的，我们可以在上面写字，可一旦写上去就擦不掉了。

EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦可编程只读存储器）

EPROM是一种具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程的ROM内存，写入前必须先把里面的内容用紫外线照射它的IC卡上的透明视窗的方式来清除掉。这一类芯片比较容易识别，其封装中包含有“石英玻璃窗”，一个编程后的EPROM芯片的“石英玻璃窗”一般使用黑色不干胶纸盖住，以防止遭到阳光直射。

当然，RPROM中的内容写上去之后，如果觉得不满意，可以用一种特殊的方法去掉后重写，这就是用紫外线照射，紫外线就像“消字灵”，可以把字去掉，然后再重写。EPROM芯片在紫外线照射下，将会写入内容全部擦除，这时全部二进制位为“1”状态。

EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦可编程只读存储器）

对于EPROM来说，擦除的次数多了，也就不灵光了，通常擦除的次数也就几百次吧。所以，开发了EEPROM（也称作E²PROM），其功能与使用方式与EPROM一样，不同之处是清除数据的方式，它是以约20V的电压来进行清除的。

PROM是可编程器件，主流产品是采用双层栅(二层poly)结构，其中有EPROM和EEPROM等，工作原理

大体相同，主要结构如图所示：

浮栅中没有电子注入时，在控制栅加电压时，浮栅中的电子跑到上层，下层出现空穴。

由于感应，便会吸引电子，并开启沟道。

如果浮栅中有电子的注入时，即加大的管子的阈值电压，

沟道处于关闭状态。这样就达成了开关功能。

如图2所示，这是EPROM的写入过程，在漏极加高压，电子从源极流向漏极

沟道充分开启。在高压的作用下，电子的拉力加强，能量使电子的温度极度

上升，变为热电子(hot electron)。这种电子几乎不受原子的振动作用引起的散射，

在受控制栅的施加的高压时，热电子使能跃过SiO2的势垒，注入到浮栅中。

在没有别的外力的情况下，电子会很好的保持着。在需要消去电子时，利用紫外线

进行照射，给电子足够的能量，逃逸出浮栅。

EEPROM的写入过程，是利用了隧道效应，即能量小于能量势垒的电子能够穿越势垒到达另一边。

量子力学认为物理尺寸与电子自由程相当时，电子将呈现波动性,这里就是表明物体要足够的小。

就pn结来看，当p和n的杂质浓度达到一定水平时，并且空间电荷极少时，电子就会因隧道效应向导带迁移。

电子的能量处于某个级别允许级别的范围称为“带”，较低的能带称为价带，较高的能带称为导带。

电子到达较高的导带时就可以在原子间自由的运动，这种运动就是电流。

EEPROM写入过程，如图3所示，根据隧道效应，包围浮栅的SiO2，必须极薄以降低势垒。

源漏极接地，处于导通状态。在控制栅上施加高于阈值电压的高压，以减少电场作用，吸引电子

穿越。

要达到消去电子的要求，EEPROM也是通过隧道效应达成的。如图4所示，在漏极加高压，控制栅

为0V,翻转拉力方向，将电子从浮栅中拉出。这个动作，如果控制不好，会出现过消去的结果。

存储器是一种存放数据的器件，就象存放货物的仓库一样，人们在仓库中存放货物时为了便于存放和拿取，通常将货物在放的位置进行编号，并且留有存放及拿取的通路，存储器的结构如下图所示，其也有选择位置的地址、存放数据的存储矩阵、提取数据的输出通路。

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　　只读存储器的存储单元可以由二极管、三极管或场效应管构成，下图给以出了ROM的三种不同器件构成的原理图。

　　为了便于表示存储器的状态通常使用下图来表示，其中小圆点表示该交叉点存放了数据，没有小圆点表示没有存放数据（在放的数据可以是0，也可以是1，不同的存储器型号有所区别，上图中对应的小圆点在放的数据为1）。

　　从上图中可以看出其内部的内容是不可能改写的,其只能在生产器件时将需要存放的数据存放在器件中，这类器件通常称为掩膜ROM，由于存放的数据不同生产其电路的模板也不相同，这样就决定了该类电路仅适用于大批量且数据固定的情况，如一些点阵打印机的点阵字库。

　　★一次可编程ROM(PROM)

　　由于掩膜ROM须生产量较大才能降低其成本，人们就希望能生产一种通用的器件，然后通过编程的方法将数据写入器件中，这样该通用器件的生产量将相当大，从而降低了单片芯片的价格,人们首先根据电路熔断丝得到了启发，在存储器的每个存放数据的结点上加上一个熔断丝（相当于通常电工上的保险丝）,这样该器件在出厂时每个单元内容全部为1,如果希望某一单元存放数据0,只须将该结点对应的熔断丝烧断即可。下图即为该种存储电路的内部结构。

　　该种存储器存在一些不足：由于在半导体电路中加入了金属丝，使生产工艺变得复杂；其次，由于可编程的部分是由熔断丝构成的，这就决定了该器一旦将内容写错，其芯片将只能作为化工原料了。

　　★紫外光可擦除ROM(U-EPROM)

　　紫外光可擦除只读存储器是现在使用较广的一种只读存储器，其明显的特征是在其正中间有一个玻璃窗口，该窗口可能让紫外光通过，其在紫外光的照射下10～20分钟其内部的数据将全部擦除了，这时可以再通过编程的方法写入希望的数据。下图给出了其存储单元电路图及其外形图。

　　EPROM器件的存储单元采用了浮栅雪崩注入MOS电路，简称为FAMOS管。FAMOS管的栅极全部被二氧化硅包围着，没有引出脚，如悬浮状态，所以称为“浮栅”，原始的浮栅不带电荷，FAMOS管不导通，位线上是高电平，存储的信息为1。当FAMOS管的源极S与衬底接地电位、漏极D接较高电压（大于正常工作电压)时，漏极PN结反向击穿产生“雪崩”现象，使浮栅积累电荷，FAMOS管处于导通状态，位线被箝在低电平，存储的数据为0。由于浮栅被绝缘在二氧化硅包围，电荷不会丢失，即信息也不会丢失，这种存储的信息可能安全保存20年以上，但为了防止平时日光中的紫外线的照射，在其玻璃窗口上帖上黑纸。
　　紫外光可擦除只读存储器的优点是其内容可以擦除后重新写入数据，即使写错了也无所谓，但其缺点是其重新改写时须将器拆下来在专门的编程器来进行改写。但由于其价格较低、使用方法较简单所以现在使用还是相当广的。

　　★电可擦除ROM(EEPROM)

　　电可擦除只读存储器是在EPROM的基础上开发出现的，其可以在加电的情况下擦除存储器的全部或某一部分内容，然后在电路上直接改写其擦除过的单元内容。EEPROM的内部电路与EPROM电路类似，但其FAMOS中的结构进行了一些调整，在浮栅上增加了一个遂道二极管（实际上是在浮栅与N型的衬底形成一层薄薄的氧化层后形成的），在编程时可以使电荷通过它流向浮栅，而擦除时可使电荷通过它流向漏极，它不需要紫外光激发放电，即擦除和编程只须加电就可以完成了，且写入的电流很小。下图给出了EEPROM编程单元的内部结构。

　　★ROM可实现组合逻辑函数

　　从前面数字逻辑电路的基础知识中可知道，任一组合逻辑的函数表达式可写为最小项之和的形式。从上面的图上不难看出，地址的译码的每个输出端对应于一个最小项，而存储矩阵电路可实现线或的逻辑关系，由此可见ROM不仅可以存放数据，而且可以用来实现组合逻辑电路的功能。
　　例　用ROM实现8421BCD码到余3码的转换。
　　下表列出了两种码之间的对应关系，根据表可写出下列的最小项表达式：

F₃=∑m(5,6,7,8,9)
F₂=∑m(1,2,3,4,9)
F₁=∑m(0,3,4,7,8)
F₀=∑m(0,2,4,6,8)

　　由于译码电路输出了地址线的所有最小项组合，我们只须用一个四根地址线输入、四根输出端的ROM就可能实现其功能，我们定义其地址输入端作为输入代码，数据输出端看成输出端，只须将存储矩阵对应的最小项单元进行编程连接即可以实现，下图给出了其结果。