Аппаратные и программные

2.2.4.1 Энергонезависимая память E
2
PROM: историческая справка 
В 1974 году в Intel пришел Джордж Перлегос (George Perlegos), грек по 
происхождению и будущий основатель компании Atmel. Под его руководством 
в 1983 была разработана микросхема EEPROM (кодовое название 2816). 
Основой EEPROM стал транзистор с плавающим затвором, изобретенный в той 
же Intel Доном Фрохманом (Don Frohman). И в дальнейшем, несмотря на смены 
технологических эпох, принцип устройства ячейки энергонезависимой памяти 
остался неизменным – какой бы способ стирания и записи ни использовался. 
Ячейка памяти представляет собой МОП-транзистор с плавающим 
затвором, который окружен диоксидом кремния. Сток транзистора соединен с 
«землей», а исток подключен к напряжению питания с помощью резистора. В 
стертом состоянии (до записи) плавающий затвор не содержит заряда, и МОП-
транзистор закрыт. В этом случае на истоке поддерживается высокий 
потенциал, и при обращении к ячейке считывается логическая единица. 
Программирование памяти сводится к записи в соответствующую ячейки 
логических нулей. Программирование осуществляется путем подачи на 
управляющий затвор высокого напряжения. Этого напряжения должно быть 
достаточно, чтобы обеспечить пробой между управляющим и плавающим 
затвором, после чего заряд с управляющего затвора переносится на плавающий. 
МОП-транзистор переключается в открытое состояние, закорачивается исток с 
землей. В этом случае при обращении к ячейке считывается логический нуль. 
Такой метод записи называется «инжекцией горячих электронов», слой окисла 
между плавающим затвором и подложкой при этом составляет 50 нм. Стирание 
содержимого ячейки происходит путем электрического соединения 
плавающего затвора с «землей». 
Таким образом, в EEPROM образца 1980-х запись производилась «горячей 
инжекцией», а стирание – «квантовым туннелированием». Оттого микросхемы 
эти были довольно сложны в эксплуатации и требовали два, а то и три 
питающих напряжения, причем подавать их при записи и стирании требовалось 
в определенной последовательности. 
Позже, в электрически стираемой памяти Джордж Перлегос предложил 
использовать "квантовый эффект туннелирования Фаулера-Нордхейма". За 
этим непонятным названием кроется довольно простое по сути (но очень 
сложное с физической точки зрения) явление: при достаточно тонкой пленке 
изолятора (в пределах 10 нм) электроны, если их слегка подтолкнуть подачей 

---

59 
не слишком высокого напряжения в нужном направлении, могут просачиваться 
через барьер, не перепрыгивая его. 
Основным преимуществом использования памяти EEPROM заключается в 
возможности ее многократного перепрограммирования без удаления из платы. 
Такой способ программирования получил название «In-System Programming» 
или «ISP». При этом сокращаются затраты на программирование. 
В процессе перезаписи, слой окисла постепенно накапливает захваченные 
электроны, которые со временем могут переходить в плавающий затвор. Тем 
самым 
уменьшается 
различие 
между 
пороговыми 
напряжениями 
соответствующими лог. «1» и «0». После достаточного количества циклов 
перезаписи, различие становится слишком маленьким для распознания. Как 
правило, минимальное число перезаписей доходит до сотен тысяч и миллиона 
раз. 
Во время записи, электроны, инжектируясь в плавающий затвор, могут 
дрейфовать через изолятор, особенно при повышении температуры, и при этом 
возможна потеря заряда, то есть информация ячейки стирается. Производители 
обычно гарантируют, что данные будут храниться не менее 10 лет. 
Далее будет рассматриваться память EEPROM AT24Cxx (Atmel) [18], 
которая установлена в учебном стенде SDK-1.1. Архитектура этот стенда – 
пример простейшего контроллера встраиваемых систем.