Матрицы с электрически репрограммируемыми элементами на основе МОП-структур
Репрограммируемая логическая матрица (РПЛМ) – ПЛМ со стиранием и перезаписью реализуемых функций.
Значительное распространение в РПЛМ получили МОП-транзисторы с плавающим затвором и лавинной инжекцией. Структура такого транзистора аналогична обычному МОП-транзистору с поликремниевым затвором, который гальванически не связан с остальной схемой. В исходном состоянии транзистор не проводит ток. Для перехода в проводящее состояние (запись) между истоком и стоком транзистора прикладывается достаточно большое напряжение (около 50 В) в течение примерно 5 мс. Это вызывает лавинный пробой истокового (стокового) p-n-перехода и инжекцию электронов в поликремниевый затвор. Заряд, примерно равный 107 Кл/см2, захваченный затвором, индуцирует канал, соединяющий исток и сток, и может сохраняться длительное время (10–100 лет) после снятия напряжения, так как затвор окружен оксидным слоем, имеющим очень малую проводимость.
Стирание информации осуществляется при облучении ультрафиолетовыми лучами с энергией, достаточной для выбивания электронов из затвора и переноса их в подложку (рис. 3.15). На рис. 3.15 показаны: 1 – кристалл; 2 – корпус; 3 – окно, прозрачное для ультрафиолетовых лучей. Стирание можно также осуществить, используя ионизирующее, например рентгеновское, излучение, уровень которого составляет примерно 5.104 рад.
Рис. 3.15. ПЛМ со стиранием и перезаписью реализуемых функций
Считывание информации из матрицы выполняется при подаче напряжения питания 5–15 В и контроле тока, протекающего через транзистор.
Для организации выборки определенных ячеек в матрицу последовательно с транзисторами с плавающими затворами включают обычные МОП-транзисторы.
Недостатком рассмотренных ПЛМ является невозможность выборочной перезаписи информации. Введение в МОП-транзистор с лавинной инжекцией дополнительного затвора позволяет осуществить выборочную перезапись и исключить из матрицы транзистор выборки. Запись осуществляется как и в ПЛМ на транзисторах с плавающим затвором; положительное напряжение на управляющем затворе способствует развитию лавинообразного процесса, поэтому сокращается время записи информации. Стирание осуществляется при большом (60–90 В) напряжении на управляющем затворе.