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1、摘要存储器是现代数字系统的主要组成部分，自20世纪60年代诞生以来，其技术得到了迅猛发展，应用范围得到了迅速的扩大，特别是经过最近几年的发展，半导体存储器已经占到了IC市场的半壁江山。今天的高性能微处理器中，一半以上的晶体管用于高速缓存，并且预期这一比例还会进一步提高，存储器的密度和性能经历了翻天覆地的变化，并被应用到越来越多的领域中去。因此，静态随机读写存储器作为IC领域的一个极其重要的部分，对其进行深入的研究开发，对于研制国产芯片，推动我国微电子技术的发展，具有深远的意义。关键词：存储器，低功耗，高性能 / 文档可自由编辑打印目录1 存储器的分类及特点11.1 挥发性随机存储器11.2 非
2、挥发性存储器12 SRAM结构、工艺及关键技术22.1 系统结构框图及其描述22.2 SRAM存储单元32.3 SRAM单元工作原理32.4 SRAM工艺42.5 SRAM设计技术的关键45 总结与展望5参考文献6致谢7英文翻译8前言现代社会己进入以微电子技术为核心的信息时代，信息产业已成为现代经济的重要支柱产业。自20世纪60年代存储器发明以来，存储器的研究和应用己经历了近半个世纪的发展历程。随着经济的迅速发展，存储器是微电子器件的重要组成成分；其技术得到了迅猛发展，应用范围得到了迅速的扩大，特别是经过最近几年的发展，存储器的已经占到了IC市场的半壁江山。在很多应用中人们首先追求的是可靠性然
3、后才是性能、功耗等其它因素，存储器的作为微电子器件的主要形式，其应用范围日益扩大，也是人们生产、生活和工作的必要工具。存储器会运用到各种领域中去，高科技技术是未来经济发展的需求。静态随机读写存储器 (SRAM)由于其优越的性能(功耗低，速度高)而被广泛应用在高速存储系统、多媒体技术、蜂窝电话、活动图象处理、电子通信、语音处理合成、声波导航武器等高技术领域。高速低功耗的SRAM业已成为超大规模集成电路(VLSI)芯片的重要组成部分。因此，静态随机读写存储器作为IC领域的一个极其重要的部分，对其进行深入的研究开发，对于研制国产芯片，推动我国微电子技术的发展，具有深远的意义。1 存储器的分类及特点半
4、导体存储器有许多不同的形式和类型，可以按功能、数据读取的方式和数据存储的原理来对其进行划分。通常从功能上可将其分为随机存储器(RAM， Random Access Memory)和只读存储器(RoM，Read Only Memory)两大类。RAM的存储信息一般在断电后就丢失了，而ROM存储的信息一经存入便可长期保持。因此，RAM也常叫做挥发性存储器，而ROM常归为非挥发性存储器。1.1 挥发性随机存储器挥发性随机存储器是最灵活的一种存储器它可以同时提供读和写的功能并具有可比性的读、写时间。根据数据存储的不同工作原理，它又可分为静态随机读写存储器 (SRAM)和动态随机读写存储器(DRAM)。
5、SRAM利用一个带有正反馈的触发器来存储数据，而DRAM则利用电容上的电荷来存储数据。由于电容存在电荷泄漏问题，所以需要定时对DRAM进行刷新，以弥补被泄漏的电荷，从而保证存储信息不被破坏。随机读写存储器(RAM)工作时，可以随时从任何一个指定的地址读出数据，也可以随时将数据写入任何一个指定的存储单元。它最大的优点是读、写操作方便，使用灵活，但是也存在数据易丢失的缺点(即一旦停电以后，所存储的数据也随即丢失)。1.2 非挥发性存储器非挥发性存储器的存储信息不会因为掉电而丢失，主要包括只读存储器和可编程存储器两类。取决于存储器的具体结构，非挥发性存储器中所存储的数据可以是长期不变的，或者是可编程
6、的。具体的分类如表1.1所示。与DRAM相比，SRAM版图面积和工作电流较大，但同时具有速度快、取数时间短等优点。目前制造SRAM的技术主要有CMOS、BICMOS、CMOS-ECL等。BICMOS和CMOS-ECL制作的产品速度较快，但功耗也较大。 CMOS SRAM在功耗和速度两个性能指标上进行折中，是目前SRAM设计的主要技术。这类存储器的特点是密度高，成本低。它的编程是在集成电路的制造过程中通过掩模完成的，因此它一旦编程就无法再进行修改，在使用上缺乏灵活性。但随着集成电路设计、制造水平的不断提高，SRAM的密度、性能都不断得以改善。在国内，研究工作也取得了一定的成就。表1.1 半导体存
7、储器的分类半导体存储器挥发性存储器非挥发性存储器DRAMSRAM可编程存储器只读存储器EPROMEP2ROMFLASHROM静态随机存储器（SRAM）是一种半导体存储器。静态随机读写存储器的存取速度由地址输入到数据输出的关键路径决定：关键路径主要包括地址缓冲、译码器、存储单元、灵敏放大器和输出缓冲电路等。2 SRAM结构、工艺及关键技术静态随机读写存储器(SRAM)采用双稳态电路来保存数据，可以对任意地址的存储单元进行读出和写入，但当电源切断时，存储信息就会消失。双稳态电路使SRAM具有速度快，不需要刷新以及外围电路简单等优点，但同时具有集成度不够高的缺点。SRAM常使用于高性能的计算机系统中
8、，作为高速缓冲存储器。2.1 系统结构框图及其描述静态随机存储器(SRAM) 主要由存储阵列和外围电路组成。存储阵列是SRAM的核心。存储阵列中同一行的单元由一根公共的水平连线，叫做“字线”;同一列的单元有一根垂直连线，叫做“位线”。通过译码电路确定一个单元，对它进行读写操作。由于存储器是用性能和可靠性为代价来换取面积的减小，所以它的设计特别依赖外围电路设计以同时恢复它的速度和电气的完整性。虽然存储器内核的设计主要取决于工艺考虑并在很大程度上已超出设计者的控制范围，但外围电路的设计可以使存储器的性能大为改观。256Kb静态随机存储器是由存储阵列、灵敏放大器、译码器、控制电路和时序控制电路五大部
9、分组成。存储器的存储单元是由六个晶体管构成的双稳态触发电路。该触发器在外部电路的控制下可以处于双态中的任意一态，以此来表示逻辑“0”和逻辑“1”。存储单元按行和列排列起来，组成了SRAM的存储阵列。存储器的地址分为行地址和列地址。在存储阵列周围是译码器和外围控制电路。地址经过行译码器和列译码器译码后，分别选中相应的行和列，行和列的交叉就是要访问的存储单元。因此，静态随机存储器可以方便的对每个单元进行操作。灵敏放大器是用来在读取存储单元的内容时，对位线的互补信号进行放大，以缩小存储器的访问时间。图2-1显示了SRAM的结构框图。/WE输入缓冲单元存储阵列256KB行译码器灵敏放大器列译码器Dou
10、tDin/CEAxx图2-1 SRAM结构框图2.2 SRAM存储单元2.3 SRAM单元工作原理静态的六管CMOS单元既可以消除单元中的静态直流功耗，同时具有很强的抗干扰能力。六管单元主要用在高速、低功耗和噪声干扰的环境中，虽然其版图面积较大，但与其他类型的存储单元结构相比，CMOS六管单元结构具有很明显的优势。WLBL/BLM1M3M5M2M4图2-2 CMOS六管单元结构如图2-2所示Ml、MZ和M3和M4组成的两个交叉藕合的反向器，构成了一个双稳态触发电路，用来存储逻辑“0”和“1”。PMOS晶体管Ml和M3称为负载晶体管。而NMOS晶体管MZ和M4被称为驱动管。M5和M6称为传输管。
11、两个传输管用来将存储在单元中的数据和外界联系起来，存储单元的读和写操作都是通过这两个传输管进行的。当读时，存储在存储单元中的数据通过传输管被“放”到位线上，再通过灵敏器放大器放大后读出;当进行写操作时，位线上的数据通过传输管写进单元。这种六管存储单元具有较高的稳定性，而漏电流和静态功耗小，并且这种结构不容易发生软错误。对于采用标准CMOS工艺、六管结构的存储单元，当工艺变化时，其电路的改进也很容易。所有这些特点使得CMOS六管存储单元应用很普遍。2.4 SRAM工艺2.5 SRAM设计技术的关键5 总结与展望现代社会己进入以微电子技术为核心的信息时代，信息产业已成为现代经济的重要支柱产业，微电
12、子技术与微电子工业是信息、产业的核心与基础，又是一个国家科技水平、工业水平和综合国力的体现。存储器是其中重要的一支，许多现代数字设计中硅片面积的大部分用于存储数据和程序指令，而高性能的微处理器中一半以上的晶体管用于高速缓存并且预期这一比例还会进一步提高，SRAM由于其高速和低功耗的特点，作为计算机用缓存在20世纪末得到了广泛的应用。存储器已不单纯用于存储信息，而且还可用来实现组合逻辑电路的功能。如果配以适当的触发器，还可以实现时序逻辑电路的功能。当前的许多数字化设计都与数值和程序指令的存储有关，半导体存储器作为一种代表集成电路技术发展水平的典型产品，在集成电路中技术最先进、产量最多、市场最大，
13、因此半导体存储器的研制和生产水平历来就是衡量一个国家科学技术和工业发达程度的标志。存储器驱动着各种工艺和生产技术的发展，它不仅是芯片生产厂商的技术“驱动器”，而且也是半导体材料和设备公司重要的“驱动器”。几乎所有发达国家和地区都把半导体存储器作为发展集成电路技术的突破口。正因为半导体存储器在集成电路产品中的重要地位，研究半导体存储器技术的发展便有着特殊的代表意义。今后半导体存储器的发展方向仍然是高密度、微细化、高速、低功耗、高性能价格比、多功能品种和封装小型化11。存储器在集成电路中技术最先进、产量最多、市场最大，会运用到各种领域中去，其应用范围日益扩大，高科技技术会适应未来经济发展的需求。参
14、考文献1 Ashok K.Sharma先进的半导体存储器结构、设计与应用M北京：电子工业出版社，2005 2 朱正涌半导体集成电路M北京：清华大学出版社，20003 张兴等微电子学概论M第二版北京：北京大学出版社，20054 林明祥集成电路制造工艺M北京：机械工业出版社，20055 甘学温数字CM0SVLSl分析与设计基础M北京：北京人学出版社，20046 王志功，窦建华等CMOS数字集成电路一分析与设计M北京：电子工业出版社，2004 7 朱劲松，吕笑梅等铁电存储器M北京：清华大学出版社，20048 黄如，张国艳，李眏雪等SOI CMOS技术及其应用M北京：科学出版社，20049 刘明微细加工技术M北京：化学工业出版社，200410 P.E.艾伦，D.R.霍尔伯格CMOS模拟电路设计M北京：科学出版社，2000致谢在这里我要特别感谢我的导师詹老师，英文翻译The Silicon AgeGenerally,human civilization is c
