Наносхеми запам’ятовуючих пристроїв

У елементарних запам'ятовуючих елементах (ЕЗЕ) динамічних оперативних запам'ятовуючих пристроїв (ОЗП) інформація зберігається у стані заряду, накопиченому на нанорозмірному конденсаторі С_п (рис. 7.6).

Рис.7.6. Наносхема однотранзисторного ЕЗЕ з нанорозмірним конденсатором пам'яті С_п та приклад умовного позначення динамічного ОЗП (б) з вісьмома адресними входами (А₀…А₇), виводами входу DI та виходу DO інформації, стробсигналу CAS і запису-лічіння WR/RD

Для збільшення часу саморозряду конденсатора С_п в динамічному ОЗП використовують виключно МОН-транзистори (рис.7.1, а). Запис інформації в ЕЗЕ виконується при підключенні шини запису (ШЗ) з одночасною подачею дозвільного сигналу на адресну шину (ША) або до джерела живлення схеми (логічна одиниця), або до загальної шини занулення (логічний нуль). Відповідно, конденсатор С_п заряджається через транзистор VT чи залишається незарядженим.

В режимі лічіння на ША подають сигнал вибору, транзисторний ключ замикається, а С_п розряджається, якщо, наприклад, була записана логічна одиниця. Це викликає появу сигналу на шині даних ШЗ/Л.

В одноелектронному ЕЗЕ замість конденсатора С_п використовують ОЕТ з острівцем КО, на якому накопичуються декілька електронів (рис.7.7, б).

Рис.7.7. Наносхема одноелектронного ЕЗЕ

Використання ОЕТ дозволяє на порядок скоротити площу ЕЗЕ, але такий елемент працездатний при Т<4,2К. Проте вже розроблені експериментальні одноелектронні динамічні ОЗП об'ємом пам'яті 64 МБт на одному кристалі, які працюють при кімнатній температурі.

Репрограмовані постійні запам'ятовуючі пристрої (РПЗП) за сутністю є статичними ЗП. Роль ЕЗЕ в ньому виконує квантовий транзистор VT2 (рис.7.1, в), а транзистор VT1 (рис.7.1, а) комутує сигнал вибору (запису/лічіння) пам'яті (рис.7.8, а).

Рис.7.8. Схема ЕЗЕ репрограмованого запам'ятовуючого пристрою (а) та приклад умовного позначення РПЗП (б)

Відсутність якого-небудь електричного зв'язку затвора VT2 дозволяє накопиченому при записі заряду роками зберігати відкритий чи закритий стан самого транзистора, тобто запам'ятовувати дискретну інформацію. Зазвичай, логічному нулю відповідає відкритий стан VT2 коли nq=0, а логічній одиниці – закритий при nq<0, де n – кількість електронів під затвором.

Шина даних ШД через обмежувальний резистор під'єднується до джерела живлення . При подачі сигналу запису-лічіння на ШЗ/Л вмикається транзистор VT1. Величина його стокового струму І_с залежить від стану запам'ятовуючого транзистора VT2.

На рис.7.8, б наведений приклад умовного позначення РПЗП, який має 13 адресних входів ( ), 8 виводів даних ( ), виводи вибору схеми ( ), дозволу на вхід ( ) та програмування ( ).

Одноелектронний транзистор (рис.7.2, б) використовується в ЕЗЕ для здійснення функцій пам'яті. Як показано на рис.7.9, режими запису-лічіння інформації та її адресації реалізовані через польовий транзистор VT2 з однією квантовою точкою (рис.7.1, в).

Рис.7.9. ОЕТ з енергонезалежною пам'яттю та однотранзисторний каскад VT2 з шинами запису-лічіння ШЗ/Л та адресації ША

Таким чином, схемотехнічний напрямок розвитку запам'ятовуючих пристроїв, як правило, сповідує ідеї створення одноелектронних елементарних запам'ятовуючих елементів.