Лекция №9. Электрическое поле меняет проводимость канала

ROM

Электрическое поле меняет проводимость канала. Бывают полевые транзисторы р типа и n типа (в зависимости от того, какой канал – р типа или n типа). Рассмотрим канал n типа потому, что в канале р типа основными носителями являются дырки, а дырки менее подвижны.

Если приложить напряжение между затвором и истоком, то при некотором пороговом напряжении транзистор откроется.

Пока напряжение не поднимется выше порогового уровня, ток стока = 0. Дальше он меняется квадратично (он пропорционален квадрату разности напряжения между затвором и истоком и порогового напряжения).

Используется полевой транзистор с так называемым плавающим затвором.

Плавающий означает, что он ни к чему не подсоединен.

Что будет, если подавать напряжение между затвором и истоком? Если есть заряд, он создает вокруг себя электрическое поле. Есть принцип суперпозиции: если есть два заряда, то в любой точке полное поле = векторной сумме полей создаваемых этими зарядами. На плавающем затворе нет заряда => он не создает поля => поле в канале определяется зарядом (напряжением) на затворе. Если на плавающий затвор поместить отрицательный заряд –q, а на затворе – заряд q, то поле = 0 => транзистор закрыт. Характеристика будет смещена потому, что полное поле, необходимое для открывания канала то же, но оно теперь представляет собой разность двух полей.

Чтобы поместить заряд на плавающий затвор (записать информацию), между стоком и истоком подается большое положительное напряжение, и на затвор подается напряжение. Если напряжение сток-исток будет гораздо больше V_D, то электроны, которые есть в канале, начинают двигаться. Чем больше напряжение, тем больше скорость. Электрон может не попасть на затвор. При определенном режиме электроны набирают очень большую скорость и еще не успевают столкнуться с атомной решеткой (если электрон столкнется, он отдаст свою энергию) – так называемые горячие электроны. Такой горячий электрон за счет большой скорости может преодолеть барьер, которым является слой диэлектрика, поскольку на затвор подано большое напряжение и есть поле, которое направлено вертикально.

Это то, что называется EPROM – ROM, программируемая за счет подачи электричества.

Такие схемы были давно. Проблемы возникают при стирании информации. Для того, чтобы убрать электроны, находящиеся на затворе, нужно каким-то образом им сообщить кинетическую энергию, тогда они могут улететь. Были микросхемы, которые программировались электрически, а стирались ультрафиолетом. Освещая плавающий затвор ультрафиолетом, мы придаем электрону энергию. На сток подается большое положительное напряжение. Электрон уходит с плавающего затвора.

EEPROM – электрически стираемая и электрически записываемая ROM. Ее можно перепрограммировать электрически => можно попытаться перепрограммировать ее в составе ЭВМ. Величина напряжения будет зависеть от толщины диэлектрика (чем тоньше слой, тем проще будут туннелировать электроны. Тут важна технология, с помощью которой можно нанести тонкий слой. При достаточно тонком слое туннелирование происходит при малых полях.

Если на плавающем затворе нет заряда, то при пороговом напряжении транзистор открывается и напряжение = 0. Если на плавающем затворе есть заряд, то при подаче этого напряжения транзистор закрыт. Это означает, что его сопротивление очень большое, и напряжение:

По организации с точки зрения адреса она примерно такая же, только ее размер больше. Есть адрес, есть дешифратор адреса. При расчете быстродействия нужно учитывать, что емкость будет большой, если объем большой.

FIFO-memory

В завершение темы прошлой лекции рассмотрим определенный тип памяти, так называемую FIFO память (FIFO memory). Этот тип памяти выделяется не по физическому принципу работы, а по организации считывания и записи информации в нее. FIFO – first in first out, то есть данные, записанные в память первыми, первыми из нее и будут считываться. Возникновение такого типа памяти обусловлено тем, что информация в современных компьютерах записывается и считывается не побайтно, а сразу последовательными блоками байтов. Такой способ передачи данных не предполагает использование адресных индексов. FIFO память по сути не имеет как такового адреса и, следовательно, передачи адреса при считывании и записи информации не происходит. Рассмотрим идею организации такого типа памяти.

Вспомним схему с Д–триггером:

Если на вход CLK поступают тактовые импульсы, то изменение информации на выходе происходит по его переднему фронту. Если на входе D информация изменилась, то на выходе Q изменения произойдут по переднему фронту следующего за изменениями тактового импульса.

Теперь для простоты рассмотрим схему из двух соединенных Д–триггеров:

Пусть на входе DIN информация меняется. По переднему фронту следующего тактового импульса информация появляется на выходе Q1, и только со следующим тактовым импульсом информация изменится на Q2. То есть происходит передвижение информации из одного триггера в другой за время двух тактов. Реально память состоит последовательности из двух блоков, в один из которых происходит запись информации, а из другого происходит считывание. Кроме того, данный тип памяти обеспечивает одновременное считывание и запись информации. Вид FIFO памяти:

Данный тип памяти позволяет упростить взаимодействие с внешними устройствами по линии и уменьшить время обращения к ним, т.к. не требуется передача адреса и соответствующих стробов. Объем такой памяти составляет десятки Кбайт.

Дата добавления: 2014-01-06