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金屬-氧化物-半導(dǎo)體動態(tài)隨機(jī)存儲器

時(shí)間 : 2022年10月1日分類 :工程百科

[拼音]：jinshu-yanghuawu-bandaoti dongtasuiji cunchuqi

[外文]：MOS dynamic random access memory

具有動態(tài)存儲信息功能的MOS隨機(jī)存儲器。MOS動態(tài)隨機(jī)存儲器多采用雙層多晶硅硅柵N溝MOS工藝。存儲單元的結(jié)構(gòu)如圖1。襯底為 P型（100晶向）硅片，第一層多晶硅（Ⅰ）為MOS電容器的板極，第二層多晶硅（Ⅱ）構(gòu)成字線，N⁺注入?yún)^(qū)形成MOS單元開關(guān)管源區(qū)和漏區(qū)，鋁(Al)為位線。信息存儲主要由第一層多晶硅（Ⅰ）電極、介質(zhì)膜和硅襯底組成的電容器中的存儲電荷(有電荷為1，無電荷為0)來實(shí)現(xiàn)。存儲在電容器中的電荷因漏電而衰減和消失，因此經(jīng)過一定時(shí)間（再生周期）必須按所存信息加以刷新。這是稱為“動態(tài)”的由來。這樣的單元一般被組合成矩陣，如以字線為行，位線為列，通過行與列的譯碼器可隨機(jī)選取各單元地址，進(jìn)行寫入和讀出。這種存儲器寫入和讀出的內(nèi)容、所需的時(shí)間原則上與單元的位置無關(guān)，是隨機(jī)存取的。

MOS動態(tài)隨機(jī)存儲器主要用作大、中型計(jì)算機(jī)的主存儲器，其組織結(jié)構(gòu)一般為若干千字(k)×1位。例如，64k位就是64千字×1位。

MOS動態(tài)隨機(jī)存儲器的內(nèi)部電路，大致包括地址緩沖器、行譯碼器、列譯碼器、存儲單元陣列、讀出放大器、數(shù)據(jù)輸入電路、數(shù)據(jù)輸出電路、讀－寫控制電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路和襯底偏置電壓產(chǎn)生電路等幾個(gè)部分（圖2）。

MOS 動態(tài)隨機(jī)存儲器的核心電路是存儲單元和讀出放大器（圖3）。讀出放大器的兩臂通過 b（位線）、（位線）分別連接由不同字線控制的個(gè)單元。2ⁿ個(gè)單元構(gòu)成第i列。這一列單元中存儲信息可以在列選擇線 (Y_i) 的控制下，通過數(shù)據(jù)總線（I/O、/O）等傳送到數(shù)據(jù)輸出端，或按照數(shù)據(jù)輸入端的信息而改變。任一字線n_j=1，…，2ⁿ分別與2ⁿ個(gè)列中的一個(gè)單元相連接。當(dāng)2ⁿ個(gè)字線中的一個(gè)，如W₀被選時(shí)，它打開單元開關(guān)管Q，導(dǎo)致在單元電容器C_S與位線電容器C_b之間進(jìn)行電荷再分配，從而使位線b電位改變，而位線的電位并未變化。這就在b、間建立了一個(gè)電位差。通常C_b/C_S約為10～20，因這個(gè)電位差(??U)是一個(gè)相當(dāng)小的量，不能直接讀出，要經(jīng)過讀出放大器放大。當(dāng)?shù)?i>i列被選時(shí)，單元中存儲信息可與數(shù)據(jù)端(D_i、D₀)建立聯(lián)系。當(dāng)?shù)?i>i列未被選時(shí)，讀出放大器把存儲信息恢復(fù)并送入單元。

行地址信號在行地址選通時(shí)鐘()的控制下，進(jìn)入并封鎖在地址緩沖器中，它控制行譯碼器和驅(qū)動電路，選中2ⁿ個(gè)字線中的一個(gè)W_j。于是，該行單元中的信息分別在各自對應(yīng)列的位線上讀出，并經(jīng)過相應(yīng)的讀出放大器放大。列地址信號在列地址選通時(shí)鐘()控制下，進(jìn)入并被封鎖在地址緩沖器中，它控制列譯碼器和驅(qū)動電路，選中2ⁿ個(gè)列選擇線中的一個(gè)Y_i。于是，第j行、第i列的單元經(jīng)過位線（b、）、數(shù)據(jù)線(I/O，O)與外界建立聯(lián)系。當(dāng)集成電路的讀寫控制端(R/)處于高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線(I/O，O)與數(shù)據(jù)輸出電路間連接，于是被選單元的信息由數(shù)據(jù)輸出端D₀讀出。當(dāng)R/處于低電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入電路與數(shù)據(jù)線（I/O、/O）之間存在著通道。被選單元的存儲信息隨數(shù)據(jù)輸入端的信息而改變。

MOS動態(tài)隨機(jī)存儲器采用新的單元結(jié)構(gòu)，如用溝壁電容代替平面電容，可進(jìn)一步減小單元面積，提高集成度。芯片面積的不斷增加，而材料和工藝致缺陷密度不能隨之降低，因此設(shè)計(jì)后備電路、采用容錯(cuò)技術(shù)是重要的趨勢。由于MOS動態(tài)隨機(jī)存儲器的存儲電容約為50飛法，處理的電荷量僅0.2皮庫左右，入射到硅襯底中的α 粒子產(chǎn)生的載流子一旦流到存儲結(jié)點(diǎn)，往往使MOS動態(tài)隨機(jī)存儲器暫時(shí)失效，這稱為軟失效。隨著單元面積的不斷減小，這個(gè)問題就更為明顯。引入CMOS技術(shù)制造動態(tài)隨機(jī)存儲器，是減小α 粒子致軟失效的一個(gè)有效手段。

參考書目