EERPOM的根本结构和作业原理
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发布时间：2023-08-12 22:07:40
EERPOM的根本结构有几种，这儿解说比较常用的FLOTOX管结构，如下图所示：
如上图所示，在传统的MOS管操控栅下刺进一层多晶硅浮栅，浮栅周围的氧化层与绝缘层将其与各电极彼此阻隔，这些氧化物的电阻十分高，并且电子从浮栅的导带向周围氧化物导带的移动需求战胜较高的势叠，因而，浮栅中的电子走漏速度很慢，在非热平衡的亚稳态下可坚持数十年。
浮栅延伸区的下方有个薄氧区小窗口，在外加强电场的效果下漏极与浮栅之间能够进行双向电子活动，继而抵达对存储单元的“擦除”与“写入”操作。
为着重浮栅周围氧化物的绝缘效果，咱们把绝缘层去掉，如下图所示，其间的“电子”便是咱们需求存储的数据：
咱们一般运用F-N地道效应（Fowler-Nordheim tunneling）对EEPROM存储单元进行“擦除”或“写入”操作，简略地说，即FLOTOX管的操控栅极与漏极在强电场的效果下（正向或负向），浮栅中的电子取得满足的能量后，穿过二氧化硅层的禁带抵达导带，这样电子可自在向衬底移动（详细细节可自行参阅相关材料，此处不赘述）。
对EEPROM存储单元进行“擦除”操作，便是将电子注入到浮栅中的进程（不要将此处的“擦除”操作与FLASH存储单元中的“擦除”操作弄反了，详细参阅FLASH对应文章），如下图所示：
如上图所示，将FLOTOX管的源极与漏极接地，而操控栅极接高压（不小于12V），浮栅与漏极之间构成正向强电场，电子从漏极经过地道氧化层进入浮栅。
为避免存储单元“擦除”（或“写入”操作）对其它单元产生影响，每个FLOTOX管均与一个选通管配对（依照制作工艺可分为N管与P管，这儿咱们以N管为例进行解说，P管是相似的），前者便是存储电子的单元，而后者用来挑选相应的存储单元的操控位，这种结构导致单位存储面积比较大，因而，EEPROM存储芯片的容量一般都不会很大。
对EEPROM存储单元进行“写入”操作，便是将浮栅中电子开释的进程（不要把“写入”与“擦除”操作弄反了），如下图所示：
如上图所示，将FLOTOX管的源极悬空，漏极接高压（不小于12V），而操控栅极接地，则浮栅与漏极之间构成负向强电场，电子从浮栅经过地道氧化层回到漏极放电。
当进行存储单元的“擦除”操作时，源线（Sources Lines, SL）与位线（Bit Lines, BL）均为低电平，而操控栅线（CL）为高电平（不小于12V），当对应存储单元的选通管翻开时（Word Line, WL=VPP），如下图所示：
当进行存储单元的“写”操作时，位线V），而源线悬空且比Program Gate Line为低电平，当对应存储单元的选通管翻开时（SG=VPP），如下图所示：
很明显，EEPROM的“擦除”与“写入”操作均需求高压（强电场）进行浮栅电子的注入或开释，而一般的EEPROM芯片为5V供电，那么这些高压从何而来？关于并行EEPROM芯片，有专用的引脚可作为擦除功用的高压供电端，下图来自ATMEL并行EEPROM类型AT28C16数据手册：
能够看到，在进行“擦除”操作时，需求在OE（Output Enable）引脚接入12V的高压。
可是串行EEPROM就没这么走运了，比方咱们最常用的AT24CXX系列EEPROM芯片，一般是3.3V或5V供电的，并且对外的接口一般是I2C串行总线那样的两根线，那高压从何而来？有人想到了升压电路，没错，下图来自ATMEL串行EEPROM类型AT24C02数据手册：
其间，H.V. PUMP（High Voltage Pump）便是高压泵（升压）电路，升压电路有许多种，比方整流倍压、变压器升压、BOOST升压、电荷泵等，可是，在集成电路设计中无法做成大容量电容与电感，因而，只要电荷泵电路比较合适片内升压，它的根本电路如下图所示：
咱们剖析其间一级就理解其升压原理了，如下图所示（原理与“整流倍压电路”相似，可参阅《整流电路》文章）：
在时钟周期CLKa期间，开关S1闭合，S2与地相衔接，此刻电容充电至VDD。
在时钟周期CLKb期间，开关S1翻开，S2与电源VDD衔接，此刻电源VDD与电容C的电压串联起来对外供电，此刻VOUT=为时源VDD的两倍，即2×VDD。
在集成电路设计中，能够运用NMOS或PMOS完成开关功用，电容则可运用MOS电容（即栅极作为一个极，而源极与漏极衔接作为另一个极板），而二极管则用MOS管替代，如下图所示：
实践的电荷泵电路有许多种结构，如多相时钟电荷泵、CTS电荷泵、栅交叉耦合衬底偏置电荷泵等等，读者可自行参阅相关文档，此处不再赘述。
那怎么样完成数据的“读取”操作呢？当浮栅中注入（充电状况）或开释电子（放电状况）时，存储单元的阀值电压会产生改动，如下图所示：
在读取存储单元时，咱们能够在操控栅上加一个中心电平，其值介于两个阀值Vth之间，这样浮栅有电子的高敞开管不能导通，而浮栅放电后的低敞开管能正常导通，由此分辨出单元存储的数据是“1”仍是“0”。
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