半導體集成存儲器

半導體集成存儲器

semiconductormemory

每個存儲單元有兩個不同的表徵態“ 0 ”和“1”，用以存儲不同的信息 。半導體存儲器是構成計算機的重要部件。同磁性存儲器相比，半導體存儲器具有存取速度快、存儲容量大、體積小等優點，並且存儲單元陣列和主要外圍邏輯電路兼容，可製作在同一芯片上，使輸入輸出接口大為簡化。因此，在計算機高速存儲方面，半導體存儲器已全部替代過去的磁性存儲器。

這種存儲器的主要優點是：

①存儲單元陣列和主要外圍邏輯電路製作在同一個硅芯片上，輸出和輸入電平可以做到同片外的電路兼容和匹配。這可使計算機的運算和控制與存儲兩大部分之間的接口大為簡化；

②數據的存入和讀取速度比磁性存儲器約快三個數量級，可大大提高計算機運算速度；

③利用大容量半導體存儲器使存儲體的體積和成本大大縮小和下降。因此，在計算機高速存儲方面，半導體存儲器已全部替代了過去的磁性存儲器。用作大規模集成電路的半導體存儲器，是1970年前後開始生產的1千位動態隨機存儲器。隨着工藝技術的改進，到1984年這類產品已達到每片1兆位的存儲容量。

按功能的不同，半導體存儲器可分為隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）和串行存儲器三大類。隨着半導體集成電路工藝技術的發展，半導體存儲器容量增長非常快，單片存儲容量已進入兆位級水平，如16兆動態隨機存儲器（DRAM）已商品化，64兆、256兆DRAM在研製中。

對於任意一個地址，以相同速度高速地、隨機地讀出和寫入數據的存儲器（寫入速度和讀出速度可以不同）。存儲單元的內部結構一般是組成二維方矩陣形式，即一位一個地址的形式(如64k×1位)。但有時也有編排成便於多位輸出的形式（如8k×8位）。隨機存儲器主要用於組成計算機主存儲器等要求快速存儲的系統。

按工作方式不同，隨機存儲器又可分為靜態和動態兩類。靜態隨機存儲器的單元電路是觸發器。可規定A或B兩個晶體管中的一個導通時，代表“1”或代表“0”。觸發器只要電源足夠高，導通狀態便不會改變。因此，存入每一單元的信息，如不“強迫”改寫，只要有足夠高的電源電壓存在便不會改變，不需要任何刷新（見金屬-氧化物-半導體靜態隨機存儲器）。這種存儲器的速度快，使用方便。動態隨機存儲器的單元由一個MOS電容和一個 MOS晶體管構成，數據以電荷形式存放在電容之中，一般以無電荷代表“0”，有電荷代表“1”，反之亦可。單元中的MOS晶體管是一個開關，它控制存儲電容器中電荷的存入和取出。通常，MOS電容及與其相聯接的PN結有微弱的漏電，電荷隨時間而變少，直至漏完，存入的數據便會丟失。因此動態隨機存儲器需要每隔2～4毫秒對單元電路存儲的信息重寫一次，這稱為刷新。這種存儲器的特點是單元器件數量少，集成度高，應用最為廣泛（見金屬-氧化物-半導體動態隨機存儲器）。

用來存儲長期固定的數據或信息，如各種函數表、字符和固定程序等。其單元只有一個二極管或三極管。一般規定，當器件接通時為“1”，斷開時為“0”，反之亦可。若在設計只讀存儲器掩模版時，就將數據編寫在掩模版圖形中，光刻時便轉移到硅芯片上。這樣製備成的稱為掩模只讀存儲器。這種存儲器裝成整機後，用户只能讀取已存入的數據，而不能再編寫數據。其優點是適合於大量生產。但是，整機在調試階段，往往需要修改只讀存儲器的內容，比較費時、費事，很不靈活（見半導體只讀存儲器）。

它的單元排列成一維結構，猶如磁帶。首尾部分的讀取時間相隔很長，因為要按順序通過整條磁帶。半導體串行存儲器中單元也是一維排列，數據按每列順序讀取，如移位寄存器和電荷耦合存儲器等。

按製造工藝技術的不同，半導體存儲器可分成MOS型存儲器和雙極型存儲器兩類。70年代以來，NMOS電路(見N溝道金屬-氧化物-半導體集成電路）和 CMOS電路 (見互補金屬-氧化物-半導體集成電路)發展最快，用這兩者都可做成極高集成度的各種半導體集成存儲器。砷化鎵半導體存儲器如1024位靜態隨機存儲器的讀取時間已達2毫秒，預計在超高速領域將有所發展。