可擦除的可编程只读存储器（EPROM)

    12.2.1 EPROM的结构和工作原理
    EPROM是采用浮栅技术生产的可编程存储器，它的存储单元多采用N沟道叠栅MOS管（SIMOS），其结构及符号如图12.2.1(a)所示。除控制栅外，还有一个无外引线的栅极，称为浮栅。当浮栅上无电荷时，给控制栅（接在行选择线上）加上控制电压，MOS管导通；而当浮栅上带有负电荷时，则衬底表面感应的是正电荷，使得MOS管的开启电压变高，如图12.1.3(b)所示，如果给控制栅加上同样的控制电压，MOS管仍处于截止状态。由此可见，SIMOS管可以利用浮栅是否积累有负电荷来存储二值数据。

（a） 叠栅MOS管的结构及符号图	（b） 叠栅MOS管浮栅上积累电子与开启电压的关系
图12.2.1 叠栅MOS管

    在写入数据前，浮栅是不带电的，要使浮栅带负电荷，必须在SIMOS管的漏、栅极加上足够高的电压（如25V），使漏极及衬底之间的PN结反向击穿，产生大量的高能电子。这些电子穿过很薄的氧化绝缘层堆积在浮栅上，从而使浮栅带有负电荷。当移去外加电压后,浮栅上的电子没有放电回路，能够长期保存。当用紫外线或X射线照射时，浮栅上的电子形成光电流而泄放，从而恢复写入前的状态。照射一般需要15至20分钟。为了便于照射擦除，芯片的封装外壳装有透明的石英盖板。EPROM的擦除为一次全部擦除，数据写入需要通用或专用的编程器。

    12.2.2 E²PROM的结构和工作原理
     E²PROM也是采用浮栅技术生产的可编程存储器，构成存储单元的MOS管的结构如图12.2.2所示。它与叠栅MOS管的不同之处在于浮栅延长区与漏区之间的交叠处有一个厚度约为80埃的薄绝缘层，当漏极接地，控制栅加上足够高的电压时，交叠区将产生一个很强的电场，在强电场的作用下，电子通过绝缘层到达浮栅，使浮栅带负电荷。这一现象称为“隧道效应”，因此，该MOS管也称为隧道MOS管。相反，当控制栅接地漏极加一正电压，则产生与上述相反的过程，即浮栅放电。与SIMOS管相比，隧道MOS管也是利用浮栅是否积累有负电荷来存储二值数据的，不同的是隧道MOS管是利用电擦除的，并且擦除的速度要快得多。
     E²PROM电擦除的过程就是改写过程，它是以字为单位进行的。E²PROM具有ROM的非易失性，又具备类似RAM的功能，可以随时改写（可重复擦写1万次以上）。目前，大多数E²PROM芯片内部都备有升压电路。因此，只需提供单电源供电，便可进行读、擦除/写操作，为数字系统的设计和在线调试提供了极大的方便。

图12.2.2 隧道MOS管剖面结构示意图	图12.2.3 快闪存储器存储单元MOS管剖面结构示意图

    12.2.3 快闪存储器(Flash Memory)
    快闪存储器存储单元的MOS管结构与SIMOS管类似，如图12.2.3所示。但有两点不同，一是快闪存储器存储单元MOS管的源极N⁺区大于漏极N⁺区，而SIMOS管的源极N⁺区和漏极N^＋区是对称的；二是浮栅到P型衬底间的氧化绝缘层比SIMOS管的更薄。这样，可以通过在源极上加一正电压，使浮栅放电，从而擦除写入的数据。由于快闪存储器中存储单元MOS管的源极是连接在一起的，所以不能象E²PROM那样按字擦除，而是类似EPROM那样整片擦除或分块擦除。整片擦除只需要几秒钟，不像EPROM那样需要照射15到20分钟。快闪存储器中数据的擦除和写入是分开进行的，数据写入方式与EPROM相同，需输入一个较高的电压，因此要为芯片提供两组电源。一个字的写入时间约为200微秒，一般可以擦除/写入100次以上。
    下面举一列子说明ROM的一种简单应用。图12.2.4给出了一个用ROM实现的十进制数码显示电路。图中8421BCD码接至ROM的地址输入线，ROM的七根数据线依次接到七段数码显示器的a～g端。这样，地址单元0000的内容对应七段数码0。1001的内容对应七段数码9，从而实现十进制数显示。
    

图12.2.4 用ROM显示十进制数(a) 电路原理图(b) ROM的内容