半导体存储器及其分类与特点

存储器是各种电子系统中数据的主要存储部件，并广泛应用于各种电子设备中。在CMOS集成电路中，存储器经常占用半数以上的晶体管。对半导体存储器的基本要求是高密度、大容量、高速度和低功耗。

存储器按功能可以分为只读存储器（Read-Only Memory，ROM）和随机存取存储器（Random-Access Memory，RAM），其中只读存储器又可以分为掩膜编程ROM和现场可编程ROM（PROM、EPROM和EEPROM），随机存取存储器又可以分为SRAM和DRAM。

1.ROM

在ROM单元中，进行存储的每一位可以仅仅用单个晶体管构成。ROM是属于一种非易失性的存储器结构，即使没有电源，其原有状态也可以长期保存。ROM阵列一般是利用单端的或非阵列来实现，而在或非阵列中使用的是已经研究过的一些或非门结构，包括伪NMOS和无足动态或非门。

图4-20 伪NMOSROM

伪NMOSROM如图4-20所示，该ROM为一个4字×6位的ROM，在这个ROM中使用了伪NMOS上拉结构，ROM中存储的内容如下：

字0：010101 字1：011001 字2：100101 字3：101010

对于利用掩膜编程ROM来说，配置方法有两种：一种方法是有晶体管的地方表示存储的是1，没有晶体管的地方表示存储的是0，或有晶体管但没有连接的地方表示存储的是0；另一种方法是对于不需要的晶体管通过离子注入使阈值电压高于电源电压，使其处于永久的关断状态。

2.SRAM

静态RAM（Static RAM，SRAM）是RAM中的一种，其基本构造是SRAM存储单元。通过升高字线的电平触发存储单元，再通过位线对所触发的存储单元进行读出和写入。

12管SRAM单元如图4-21所示，该SRAM是由一个传输门、简单的静态锁存器和三态反相器构成的12管SRAM单元。这个单元只有一根位线，用读和写及反相的读和写来取代唯一的一根字线。(www.xing528.com)

6管SRAM单元如图4-22所示，该SRAM是在实际中经常使用的6管SRAM。这种单元使用了一根单一的字线、一根位线和一根反相的位线。单元中包括了一对交叉耦合的反相器，并且每根位线连接了一个存取NMOS晶体管。

图4-21 12管SRAM单元

图4-22 6管SRAM单元

3.DRAM

动态RAM（Dynamic RAM，DRAM）是利用电容电荷而不是反馈环路来存储信息的。这种动态RAM基本单元的面积比SRAM要小得多。但为了使所存储的内容不会因为电荷的泄漏而丢失，必须对单元进行周期性的读出和刷新。

单管DRAM单元和读操作如图4-23所示，该单管DRAM由一个NMOS晶体管和一个电容构成。它通过选中字线将电容连接到位线上实现对单元的访问。当进行读出操作时，首先将位线预充电到V_DD/2，当字线的电平上升时，由于电容上存储的电荷在电容和位线之间共享，所以产生一个电压的变化量ΔV，然后将这个变化量放大读出。由于读出操作改变了单元在X点的电平，所以每次读出操作完成后必须对单元重新写入；当进行写入操作时，将位线的电平驱动为高或低，并且将位线上的电压强加到电容上。

图4-23 单管DRAM单元和读操作