Programmierbares ROM - Programmable ROM

Ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher ( PROM ) ist eine Form eines digitalen Speichers, bei dem die Einstellung jedes Bits durch eine Sicherung oder eine Antifuse gesperrt ist . ( eFUSEs können auch verwendet werden.) Dies ist eine Art von Nur-Lese-Speicher (ROM). Die Daten in ihnen sind permanent und können nicht geändert werden. PROMs werden in digitalen elektronischen Geräten verwendet, um permanente Daten zu speichern, normalerweise Low-Level-Programme wie Firmware oder Mikrocode . Der Hauptunterschied zu einem Standard- ROM besteht darin, dass die Daten während der Herstellung in ein ROM geschrieben werden, während bei einem PROM die Daten nach der Herstellung in diese programmiert werden. Daher werden ROMs in der Regel nur für große Produktionsläufe mit gut verifizierten Daten verwendet, während PROMs verwendet werden, um Unternehmen das Testen einer Teilmenge der Geräte in einer Reihenfolge zu ermöglichen, bevor Daten in alle von ihnen gebrannt werden.

PROMs werden leer hergestellt und können je nach Technologie auf dem Wafer, im Abschlusstest oder im System programmiert werden. Leere PROM-Chips werden programmiert, indem sie an ein Gerät angeschlossen werden, das als PROM-Programmierer bezeichnet wird . Die Verfügbarkeit dieser Technologie ermöglicht es Unternehmen, einen Vorrat an leeren PROMs auf Lager zu halten und diese in letzter Minute zu programmieren, um ein großes Volumen-Engagement zu vermeiden. Diese Arten von Speichern werden häufig in Mikrocontrollern , Videospielkonsolen , Mobiltelefonen, RFID- Tags (Radio Frequency Identification ), implantierbaren medizinischen Geräten, HDMI (High Definition Multimedia Interfaces ) und in vielen anderen Produkten der Verbraucher- und Automobilelektronik verwendet.

Geschichte

Das PROM wurde 1956 von Wen Tsing Chow erfunden , der für die Arma Division der amerikanischen Bosch Arma Corporation in Garden City , New York, arbeitete . Die Erfindung wurde auf Ersuchen der US-Luftwaffe konzipiert , um eine flexiblere und sicherere Methode zum Speichern der Zielkonstanten im luftgestützten Digitalcomputer des Atlas E / F ICBM zu entwickeln. Das Patent und die damit verbundene Technologie wurden mehrere Jahre unter Geheimhaltung gehalten, während der Atlas E / F die wichtigste Einsatzrakete der US-amerikanischen ICBM-Truppe war. Der Begriff Brennen , der sich auf den Prozess des Programmierens eines PROM bezieht, ist auch im ursprünglichen Patent enthalten, da eine der ursprünglichen Implementierungen darin bestand, die internen Whisker von Dioden buchstäblich mit einer Stromüberlastung zu brennen, um eine Schaltungsdiskontinuität zu erzeugen. Die ersten PROM-Programmiermaschinen wurden ebenfalls von Arma-Ingenieuren unter der Leitung von Herrn Chow entwickelt und befanden sich im Labor von Arma in Garden City und im Hauptquartier des Air Force Strategic Air Command (SAC).

Der OTP-Speicher (einmalig programmierbar) ist ein spezieller Typ eines nichtflüchtigen Speichers (NVM), mit dem Daten nur einmal in den Speicher geschrieben werden können. Sobald der Speicher programmiert wurde, behält er seinen Wert bei Stromausfall (dh ist nicht flüchtig). OTP-Speicher wird in Anwendungen verwendet, in denen ein zuverlässiges und wiederholbares Lesen von Daten erforderlich ist. Beispiele hierfür sind Startcode, Verschlüsselungsschlüssel und Konfigurationsparameter für Analog-, Sensor- oder Anzeigeschaltungen. OTP-NVM zeichnet sich gegenüber anderen NVM-Typen wie eFuse oder EEPROM durch eine Speicherstruktur mit geringem Stromverbrauch und geringem Platzbedarf aus. Als solches findet OTP-Speicher Anwendung in Produkten von Mikroprozessoren und Anzeigetreibern bis hin zu Power Management ICs (PMICs).

Kommerziell erhältliche OTP-Speicherarrays auf Basis von Halbleiterantifusionen gibt es mindestens seit 1969, wobei anfängliche Antifuse-Bitzellen davon abhängen, einen Kondensator zwischen sich kreuzenden leitenden Leitungen zu blasen. Texas Instruments entwickelte 1979 eine MOS- Gate-Oxid- Durchbruch-Antifuse. Eine Dual-Gate-Oxid-Zwei-Transistor (2T) MOS-Antifuse wurde 1982 eingeführt. Frühe Oxid-Durchbruch-Technologien zeigten eine Vielzahl von Skalierungs-, Programmier-, Größen- und Herstellungsproblemen, die das Volumen verhinderten Herstellung von Speichergeräten auf Basis dieser Technologien.

Obwohl Antifuse-basiertes PROM seit Jahrzehnten verfügbar ist, war es im Standard- CMOS erst 2001 verfügbar, als Kilopass Technology Inc. 1T-, 2T- und 3.5T-Antifuse-Bitzellentechnologien unter Verwendung eines Standard-CMOS-Prozesses patentierte, wodurch die Integration von PROM in die Logik ermöglicht wurde CMOS-Chips. Die erste Prozessknoten-Antifuse, die im Standard-CMOS implementiert werden kann, beträgt 0,18 um. Da der Gateoxid-Durchschlag geringer ist als der Sperrschichtdurchbruch, waren keine speziellen Diffusionsschritte erforderlich, um das Antifuse-Programmierelement zu erzeugen. Im Jahr 2005 wurde von Sidense ein Split-Channel-Antifuse-Gerät eingeführt. Diese geteilte Kanal-Bitzelle kombiniert die dicken (IO) und dünnen (Gate) Oxidvorrichtungen zu einem Transistor (1T) mit einem gemeinsamen Polysilicium- Gate.

Programmierung

Texas Instruments PROM Typ TBP18SA030N

Ein typisches PROM wird mit allen Bits geliefert, die als "1" gelesen werden. Das Brennen eines Sicherungsbits während der Programmierung bewirkt, dass das Bit als "0" gelesen wird. Der Speicher kann nur einmal nach der Herstellung programmiert werden, indem die Sicherungen "durchgebrannt" werden, was ein irreversibler Vorgang ist.

Die Bitzelle wird durch Anlegen eines Hochspannungsimpulses programmiert, der während eines normalen Betriebs über das Gate und das Substrat des Dünnoxidtransistors (etwa 6   V für ein 2 nm dickes Oxid oder 30   MV / cm) nicht auftritt, um das Oxid abzubauen zwischen Gate und Substrat. Die positive Spannung am Gate des Transistors bildet einen Inversionskanal im Substrat unterhalb des Gates, wodurch ein Tunnelstrom durch das Oxid fließt. Der Strom erzeugt zusätzliche Fallen im Oxid, erhöht den Strom durch das Oxid und schmilzt schließlich das Oxid und bildet einen leitenden Kanal vom Gate zum Substrat. Der Strom erforderlich , um den leitfähigen Kanal zu bilden , beträgt etwa 100   & mgr; A / 100   nm 2 und der Durchschlag erfolgt in etwa 100   & mgr; s oder weniger.

Anmerkungen

Verweise

Externe Links