半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)汽車與交通工程學(xué)院 車輛（卓越）1101 孟禮3110401167摘 要：本文主要采用了文獻(xiàn)研究法，通過查閱相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)資料和國內(nèi)外書籍，獲得了大量重要的資料。內(nèi)容上首先研究了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的相關(guān)知識(shí)，簡述了半導(dǎo)體技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程，及其對人類社會(huì)發(fā)展所產(chǎn)生的深刻影響；然后重點(diǎn)論述了半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向；最后綜觀半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)國外的發(fā)展境況，分析世界半導(dǎo)體存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)重心的轉(zhuǎn)移將可能帶給中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。本文是在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)目前狀況合理推斷未來的趨勢，希望可以引起重視讀者的重視，增進(jìn)學(xué)術(shù)界的交流，從而對半導(dǎo)體存儲(chǔ)器向前發(fā)展起到一定的積

2、極作用。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、高速低耗、體積小、產(chǎn)業(yè)重心The design and implementation of a semiconductor memory deviceSchool ofAutomotive and Traffic Engineering Vehicles (excellent)1101 MengLi3110401167Abstract：This treatise uses a literature study, throughing search Internet information and books at home and abroad, obtainin

3、g a lot of important information. Firstly， studied the common knowledge of the semiconductor industry, outlines the development process of semiconductor technology and storage technology, and its profound impact on the development of human society development; then mainly focus on the research statu

4、s and development of the semiconductor memory technology and its development direction; finally looking at the development of the semiconductor industry in the domestic situation globally, analyzing the semiconductor memory industry shift the center of the world will likely bring opportunities and c

5、hallenges to China's semiconductor industry. This article is based on previous studies, a reasonable inference based on the current status of future trends, hoping to get the reader's attention, promoting academic exchanges, and thus playing a positive role in the development of semiconducto

6、r memory forward.Key words：Semiconductor memory、high speed low consumption、Small size、Industry focus 1本文系半導(dǎo)體存儲(chǔ)器課題：主要是分析總結(jié)的成果。目錄摘要1Abstract11半導(dǎo)體簡介41.1半導(dǎo)體發(fā)展歷程41.2半導(dǎo)體材料的性質(zhì)51.3半導(dǎo)體技術(shù)分析62.存儲(chǔ)器簡介72.1存儲(chǔ)器的分類72.2存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢83.半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)9 3.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)的研究現(xiàn)狀93.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展方向11 4.世界半導(dǎo)體存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)重心的轉(zhuǎn)移挑戰(zhàn)與機(jī)遇共存12參考文獻(xiàn)14作者簡介14致謝15導(dǎo)語：分析

7、摩爾定律知道，CPU的功能和復(fù)雜性每年增加一倍，其后期減慢為每18個(gè)月增加一倍，而成本則成反比例遞減 ，這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度，然而目前半導(dǎo)體存儲(chǔ)器性能的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CPU性能的發(fā)展速度, 因此，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的容量和速度對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行速度起到了關(guān)鍵性的作用。為了滿足各種系統(tǒng)和市場需求所提出的不同要求, 今后半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)和市場仍將繼續(xù)發(fā)展和繁榮,科學(xué)家正在尋找和開發(fā)新的存儲(chǔ)原理,發(fā)展新型的存儲(chǔ)器，另一方面半導(dǎo)體存儲(chǔ)器在大容量、高速度、低功耗和方便使用等方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。1. 半導(dǎo)體簡介1.1半導(dǎo)體發(fā)展歷程“新材料”的發(fā)現(xiàn)和使用伴隨著人類的文明進(jìn)程。陶器作為第一種人造材料

8、結(jié)束了人類的石器時(shí)代，使人類從蒙昧?xí)r代進(jìn)入野蠻時(shí)代；在這個(gè)“野蠻”時(shí)代，人類發(fā)明了青銅，青銅制造的農(nóng)具促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展；而青銅制造的兵器把人類帶進(jìn)了冷兵器時(shí)代，鐵器的發(fā)明又把人類文明向前推進(jìn)；而今，鋼鐵產(chǎn)量仍是衡量一個(gè)國家工業(yè)化水平和國防實(shí)力的標(biāo)志之一?？梢哉f，一個(gè)社會(huì)的進(jìn)步可以用當(dāng)時(shí)人類使用的器物來代表，其中材料起到了決定性的作用。而在微電子領(lǐng)域里，硅鍺等半導(dǎo)體材料為信息化提供了有力支撐，人類傳遞、儲(chǔ)存信息的方式日新月異，超導(dǎo)材料產(chǎn)品還可以加速信息傳輸和降低能耗、大幅度提高太陽能的利用效率，而納米科技和納米器件的發(fā)展，可能從根本上改變?nèi)祟惖纳鐣?huì)生活和生產(chǎn)方式?！鞍雽?dǎo)體材料”一詞最初出現(xiàn)在20世

9、紀(jì)初期的德國，作為一種相對新的材料，當(dāng)時(shí)曾被用于將無線電通信信號(hào)從交流轉(zhuǎn)換為直流。在半導(dǎo)體特性能被完全解釋之前，為了理解電子行為的量子理論，研究工作持續(xù)了幾十年直到第二次世界大戰(zhàn)。二戰(zhàn)后，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們致力于研究固態(tài)硅和鍺半導(dǎo)體晶體，領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的科學(xué)家感到需要替換真空管，且可以用固態(tài)半導(dǎo)體材料代替真空管。1947年12月16日誕生了固態(tài)晶體管，發(fā)明者是威廉·肖克利，約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓，晶體管的名字取自“跨導(dǎo)”和“變阻器”兩詞，提供了與真空管同樣的電功能，但具有固態(tài)的顯著優(yōu)點(diǎn)有：尺寸小、無真空、可靠性高、重量輕、較小的發(fā)熱以及低功耗。這一發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了以

10、固體材料和技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在，以硅為原料的電子組件產(chǎn)值，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以鋼鐵為原料的產(chǎn)值，這說明，人類的歷史已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，就是硅的時(shí)代。6硅鍺所代表的正是半導(dǎo)體組件，包括存儲(chǔ)元件、微處理機(jī)、邏輯組件、光電組件與偵測器等等在內(nèi)，電視、電話、計(jì)算機(jī)、電冰箱、汽車，這些半導(dǎo)體組件無時(shí)無刻不在為我們服務(wù)。硅是地殼中最常見的元素，許多石頭的主要成分都是二氧化硅，然而，經(jīng)過數(shù)百道制程做出的集成電路，其價(jià)值可達(dá)上萬美金；把石頭變芯片的過程可謂點(diǎn)石成金，也是近代科學(xué)的奇跡！在日本，有人把半導(dǎo)體比喻為工業(yè)社會(huì)的稻米，是近代社會(huì)一日不可或缺的?？茖W(xué)的說法是，半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能，

11、可用來制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎(chǔ)材料，支撐著通信、計(jì)算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在國防上，惟有扎實(shí)的電子工業(yè)基礎(chǔ)，才有強(qiáng)大的國防能力，1991年的波斯灣戰(zhàn)爭，美國把新一代電子武器發(fā)揮得淋漓盡致。從1970年以來，美國與日本間發(fā)生多次貿(mào)易摩擦，最后在許多項(xiàng)目上兩國都選擇了妥協(xié)，但在半導(dǎo)體方面，雙方均不肯輕易讓步，最后兩國政府鄭重簽訂了協(xié)議，足見對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重視。當(dāng)今，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國防實(shí)力的重要標(biāo)志。1.2半導(dǎo)體材料的性質(zhì)半導(dǎo)體（semiconductor），指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體

12、(insulator)之間的材料，例如：鍺、硅、砷化鎵等。半導(dǎo)體材料具有三大特性摻雜性，熱敏性，光敏性。具體解釋如下：參雜性：在純凈的半導(dǎo)體物質(zhì)中適當(dāng)?shù)負(fù)饺胛⒘侩s質(zhì)，其導(dǎo)電能力將會(huì)成百倍增加，如半導(dǎo)體二極管、三極管等；熱敏性：在一些情況下溫度變化20倍，電阻率變化可達(dá)百萬倍以上。利用這一特性可制成自動(dòng)控制用的熱敏元件，如熱敏電阻等；光敏性：在光的照射下，電路中產(chǎn)生電流或電流變化。半導(dǎo)體光電效應(yīng)分為兩類，一種光照改變電阻值，稱為內(nèi)光電效應(yīng)，一種光照下產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢，稱為阻擋層光電效應(yīng)。利用半導(dǎo)體材料的光敏特性可制成自動(dòng)控制用的光敏元件，如光電池、光電管和光敏電阻等。另外，半導(dǎo)體還具有負(fù)電阻率溫

13、度特性（半導(dǎo)體材料在受熱后電阻率隨溫度升高而迅速減小，這與金屬材料相反），壓阻效應(yīng)（半導(dǎo)體在受到壓力后除發(fā)生相應(yīng)的形變外，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)變化，從而電阻發(fā)生變化），磁敏感特性（半導(dǎo)體在磁場中會(huì)產(chǎn)生霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)等，熱電效應(yīng)(是指把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，其中最重要的是溫差電現(xiàn)象），導(dǎo)電特性（半導(dǎo)體的導(dǎo)電，同時(shí)具有兩種載流子，即電子和空穴）等其他特性。1.3半導(dǎo)體技術(shù)分析半導(dǎo)體技術(shù)就是以半導(dǎo)體為材料，制作成組件及集成電路的技術(shù)。絕大多數(shù)的電子組件都是以硅為基材做成的，因此電子產(chǎn)業(yè)又稱為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體技術(shù)最大的應(yīng)用是集成電路（IC），手機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種電器與信息產(chǎn)品中，一定有IC存在，它們被

14、用來發(fā)揮各種控制功能，把計(jì)算機(jī)拆開會(huì)看到好幾塊線路板，板上都有一些大小與形狀不同的黑色小方塊，周圍是金屬引腳，這就是封裝好的IC。半導(dǎo)體制造過程分成很多層，由下而上逐層依藍(lán)圖布局疊積而成，每一層各有不同的材料與功能。隨著功能的復(fù)雜，結(jié)構(gòu)變得更繁復(fù)，技術(shù)要求也越來越高，例如先進(jìn)的IC所需要的制作程序達(dá)一千個(gè)以上的步驟，這些步驟先依不同的功能組合成小的單元，稱為單元制程，包括晶圓的生長技術(shù)、薄膜沉積、光刻、蝕刻、摻雜技術(shù)和工藝整合等技術(shù)。幾個(gè)單元組成具有特定功能的模塊制程，如隔絕模塊、接觸窗模塊或平坦化模塊等；最后再組合這些模塊制成為某種特定IC的整合制程。3隨著半導(dǎo)體技術(shù)的演進(jìn)，除了改善性能與可

15、靠性外，另一重點(diǎn)就是降低成本。降低成本的方式，除了改良制作方法，包括制作流程與采用的設(shè)備外，如果能在硅芯片的單位面積內(nèi)產(chǎn)出更多的IC，成本也會(huì)下降，所以半導(dǎo)體技術(shù)的一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢，就是把晶體管微小化。當(dāng)然組件的微小化會(huì)帶來性能的改變，幸運(yùn)的是，這種演進(jìn)會(huì)使IC大部分的特性變好，只有少數(shù)變差，而這些就需要利用其它技術(shù)來彌補(bǔ)了。隨著對微小化的要求，因此產(chǎn)生了納米技術(shù)，納米技術(shù)有很多種，基本上可以分成兩類，一類是由下而上的方式或稱為自組裝的方式，另一類是由上而下所謂的微縮方式。前者以各種材料、化工等技術(shù)為主，后者則以半導(dǎo)體技術(shù)為主。以前我們都稱IC技術(shù)是微電子技術(shù)，那是因?yàn)榫w管的大小是在微

16、米（10-6米）等級(jí)。但是半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展得非?？欤扛魞赡昃蜁?huì)進(jìn)步一個(gè)世代，尺寸會(huì)縮小成原來的一半，這就是有名的摩爾定律（Moore´s Law）。大約在15年前，半導(dǎo)體開始進(jìn)入次微米，即小于微米的時(shí)代，而后是深度微米級(jí)，比微米級(jí)小很多的時(shí)代。到了2001年，晶體管尺寸甚至已經(jīng)小于0.1微米，也就是小于100納米。因此現(xiàn)在是納米電子時(shí)代，未來的IC大部分會(huì)由納米技術(shù)做成。但是為了達(dá)到納米的要求，半導(dǎo)體制造過程的改變須從基本步驟做起。在分類上，按照半導(dǎo)體制造技術(shù)可以分為：集成電路器件，分立器件、光電半導(dǎo)體、邏輯IC、模擬IC、儲(chǔ)存器等大類，一般來說這些還會(huì)被分成小類。此外還有以化學(xué)組分

17、、應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行分類，雖然不常用，但還是按照IC、LSI、VLSI（超大LSI）及其規(guī)模進(jìn)行分類的方法。此外，還有按照其所處理的信號(hào)，可以分成模擬、數(shù)字、模擬數(shù)字混成及功能進(jìn)行分類的方法。2. 存儲(chǔ)器簡介存儲(chǔ)器（Memory）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)程序、中間運(yùn)行結(jié)果和最終運(yùn)行結(jié)果都保存在存儲(chǔ)器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。62.1存儲(chǔ)器的分類1按用途分類（1）內(nèi)部存儲(chǔ)器：內(nèi)部存儲(chǔ)器又叫內(nèi)存，是主存儲(chǔ)器。用來存儲(chǔ)當(dāng)前正在使用的或經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。CPU可以對他直接訪問，存取速度較快。（2）外部存儲(chǔ)器：

18、外部存儲(chǔ)器又叫外存，是輔助寄存器。外存的特點(diǎn)是容量大，所存的信息既可以修改也可以保存。存取速度較慢，要用專用的設(shè)備來管理。計(jì)算機(jī)工作時(shí)，一般由內(nèi)存ROM中的引導(dǎo)程序啟動(dòng)程序，再從外存中讀取系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序，送到內(nèi)存的RAM中，程序運(yùn)行的中間結(jié)果放在RAM中（內(nèi)存不夠是也可以放在外存中）,程序的最終結(jié)果存入外部存儲(chǔ)器。2按存儲(chǔ)介質(zhì)分類 （1）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)元件由半導(dǎo)體器件組成的叫半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。其優(yōu)點(diǎn)是體積小、功耗低、存取時(shí)間短。其缺點(diǎn)是當(dāng)電源消失時(shí)，所存信息也隨即丟失，是一種易失性存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器又可按其材料的不同,分為雙極型（TTL）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和MOS半導(dǎo)體存儲(chǔ)器兩種。前者具有高速

19、的特點(diǎn)，而后者具有高集成度的特點(diǎn)，并且制造簡單、成本低廉、功耗小、故MOS半導(dǎo)體存儲(chǔ)器被廣泛應(yīng)用。（2）磁表面存儲(chǔ)器。磁表面存儲(chǔ)器是在金屬或塑料基體的表面上涂一層磁性材料作為記錄介質(zhì)，工作時(shí)磁層隨載磁體高速運(yùn)轉(zhuǎn)，用磁頭在磁層上進(jìn)行讀寫操作，故稱為磁表面存儲(chǔ)器。按載磁體形狀的不同，可分為磁盤、磁帶和磁鼓。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)已很少采用磁鼓。由于用具有矩形磁滯回線特性的材料作磁表面物質(zhì)，它們按其剩磁狀態(tài)的不同而區(qū)分“0”或“1”，而且剩磁狀態(tài)不會(huì)輕易丟失，故這類存儲(chǔ)器具有非易失性的特點(diǎn)。（3）光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器是應(yīng)用激光在記錄介質(zhì)(磁光材料)上進(jìn)行讀寫的存儲(chǔ)器，具有非易失性的特點(diǎn)。光盤記錄密度高、耐用性好

20、、可靠性高和可互換性強(qiáng)等。3、按存取方式分類按存取方式可把存儲(chǔ)器分為隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、串行訪問存儲(chǔ)器等 （1）隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM ：RAM是一種可讀寫存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是存儲(chǔ)器的任何一個(gè)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容都可以隨機(jī)存取，而且存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的物理位置無關(guān)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主存都采用這種隨機(jī)存儲(chǔ)器。由于存儲(chǔ)信息原理的不同，RAM又分為靜態(tài)RAM(以觸發(fā)器原理寄存信息)和動(dòng)態(tài)RAM(以電容充放電原理寄存信息)。 （2）只讀存儲(chǔ)器：只讀存儲(chǔ)器是能對其存儲(chǔ)的內(nèi)容讀出，而不能對其重新寫入的存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器一旦存入了原始信息后，在程序執(zhí)行過程中，只能將內(nèi)部信息讀出，而不能隨意重新寫入新的信息去改變原始信息。

21、因此，通常用它存放固定不變的程序、常數(shù)以及漢字字庫，甚至用于操作系統(tǒng)的固化。它與隨機(jī)存儲(chǔ)器可共同作為主存的一部分，統(tǒng)一構(gòu)成主存的地址域。只讀存儲(chǔ)器分為掩膜型只讀存儲(chǔ)器MROM（Masked ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器PROM(Programmable ROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM(Erasable Programmable ROM)、用電可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)。以及近年來出現(xiàn)了的快擦型存儲(chǔ)器Flash Memory，它具有EEPROM的特點(diǎn)，而速度比EEPROM快得多。 (3)串行訪問存

22、儲(chǔ)器：如果對存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫操作時(shí)，需按其物理位置的先后順序?qū)ふ业刂?，則這種存儲(chǔ)器叫做串行訪問存儲(chǔ)器。顯然這種存儲(chǔ)器由于信息所在位置不同，使得讀寫時(shí)間均不相同。如磁帶存儲(chǔ)器，不論信息處在哪個(gè)位置，讀寫時(shí)必須從其介質(zhì)的始端開始按順序?qū)ふ?，故這類串行訪問的存儲(chǔ)器又叫順序存取存儲(chǔ)器。還有一種屬于部分串行訪問的存儲(chǔ)器，如磁盤。在對磁盤讀寫時(shí)，首先直接指出該存儲(chǔ)器中的某個(gè)小區(qū)域(磁道)，然后再順序?qū)ぴL，直至找到位置。故其前段是直接訪問，后段是串行訪問，也稱其為半順序存取存儲(chǔ)器。2.2存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢 按照不同的技術(shù)，存儲(chǔ)器芯片可以細(xì)分為EPROM、EEPROM、SRAM、DRAM、FLASH、MASK

23、ROM和FRAM等。存儲(chǔ)器技術(shù)是一種不斷進(jìn)步的技術(shù)，隨著各種專門應(yīng)用不斷提出新的要求，新的存儲(chǔ)器技術(shù)也層出不窮，每一種新技術(shù)的出現(xiàn)都會(huì)使某種現(xiàn)存的技術(shù)走進(jìn)歷史，因?yàn)殚_發(fā)新技術(shù)的初衷就是為了消除或減弱某種特定存儲(chǔ)器產(chǎn)品的不足之處。例如，閃存技術(shù)脫胎于EEPROM，它的一個(gè)主要用途就是為了取代用于PC機(jī)BIOS的EEPROM芯片，以便方便地對這種計(jì)算機(jī)中最基本的代碼進(jìn)行更新。盡管目前非揮發(fā)性存儲(chǔ)器中最先進(jìn)的就是閃存，但技術(shù)卻并未就此停步。生產(chǎn)商們正在開發(fā)多種新技術(shù)，以便使閃存也擁有像DRAM和SDRAM那樣的高速、低價(jià)、壽命長等特點(diǎn)。總之，存儲(chǔ)器技術(shù)將會(huì)繼續(xù)發(fā)展，以滿足不同的應(yīng)用需求。就PC市場來

24、說，更高密度、更大帶寬、更低功耗、更短延遲時(shí)間、更低成本的主流DRAM技術(shù)將是不二之選。而在其它非揮發(fā)性存儲(chǔ)器領(lǐng)域，供應(yīng)商們正在研究閃存之外的各種技術(shù)，以便滿足不同應(yīng)用的需求，未來必將有更多更新的存儲(chǔ)器芯片技術(shù)不斷涌現(xiàn)。3. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)3.1半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 有上文介紹可知，由于對運(yùn)行速度的要求，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器多采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）兩大類。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中最重要的部件之一,最初的馮. 諾依曼計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)原理就是利用存儲(chǔ)器的記憶功能把程序存放起來,使計(jì)算機(jī)可以脫離人的干預(yù)自動(dòng)地工作。它的存取時(shí)間和存取容量直接影

25、響著計(jì)算機(jī)的性能。隨著大規(guī)模集成電路和存儲(chǔ)技術(shù)的長足發(fā)展,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的集成度以每三年翻兩番的速度在提高,相同容量的存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的體積和成本所占用的比例已越來越小。通過對半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類的分類，實(shí)質(zhì)上就是對其技術(shù)現(xiàn)狀的分析，現(xiàn)詳細(xì)闡述如下：（1）只讀存儲(chǔ)器ROM是線路最簡單的半導(dǎo)體電路，通過掩模工藝，一次性制造，在元件正常工作的情況下，其中的代碼與數(shù)據(jù)將永久保存，并且不能夠進(jìn)行修改。一般地，只讀存儲(chǔ)器用來存放固定的程序和數(shù)據(jù)，如微機(jī)的監(jiān)控程序、BIOS (基本輸入/輸出系統(tǒng)Basic Input/Output System)、匯編程序、用戶程序、數(shù)據(jù)表格等。根據(jù)編程方法不同，ROM可分為

26、以下五種：1、掩碼式只讀存儲(chǔ)器，這類ROM在制造過程中，其中的數(shù)據(jù)已經(jīng)事先確定了，因而只能讀出，而不能再改變。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，價(jià)格便宜，適宜批量生產(chǎn)。2、可一次性編程只讀存儲(chǔ)器（PROM），為了使用戶能夠根據(jù)自己的需要來寫ROM，廠家生產(chǎn)了一種PROM。允許用戶對其進(jìn)行一次編程寫入數(shù)據(jù)或程序。一旦編程之后，信息就永久性地固定下來。用戶可以讀出和使用，但再也無法改變其內(nèi)容。3、可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM），這是一種具有可擦除功能，擦除后即可進(jìn)行再編程的ROM內(nèi)存，寫入前必須先把里面的內(nèi)容用紫外線照射它的IC卡上的透明視窗的方式來清除掉。4、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM），功能與

27、EPROM一樣，不同之處是清除數(shù)據(jù)的方式，它是以約20V的電壓來進(jìn)行清除的。另外它還可以用電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入。5、快閃存儲(chǔ)器（Flash Memory），是在EEPROM的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，只是它提高了ROM的讀寫速度。然而，相比之下，ROM的讀取速度比RAM要慢的多，因此，一般都用RAM來存放當(dāng)前正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，并且隨時(shí)可以對存放在里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和存取。而面對CPU的高速發(fā)展，內(nèi)存的速度使得高速運(yùn)算受到了限制，為了緩解這種矛盾，人們找到了幾種方法，其中一種就是采用更高速的技術(shù)，使用更先進(jìn)的RAM作為內(nèi)存。于是，就有了RAM的發(fā)展歷史。（2）隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM可分為SRAM（Static

28、 RAM，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）和DRAM（Dynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。SRAM曾經(jīng)是一種主要的內(nèi)存，它以6顆電子管組成一位存儲(chǔ)單元，以雙穩(wěn)態(tài)電路形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因此不斷電時(shí)即可正常工作，而且它的處理速度比較快而穩(wěn)定，不過由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部需要使用更多的晶體管構(gòu)成寄存器以保存數(shù)據(jù)，所以它采用的硅片面積相當(dāng)大，制造成本也相當(dāng)高，所以現(xiàn)在常把SRAM用在比主內(nèi)存小的多的高速緩存上。而DRAM的結(jié)構(gòu)相比之下要簡單的多，其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)電子管和一個(gè)電容，具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、功耗低、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合制造大容量存儲(chǔ)器，所以現(xiàn)在我們用的內(nèi)存大多是由DRAM構(gòu)成的。但是，由于是DRA

29、M將每個(gè)內(nèi)存位作為一個(gè)電荷保存在位存儲(chǔ)單元中，用電容的充放電來做儲(chǔ)存動(dòng)作，因電容本身有漏電問題，因此必須每幾微秒就要刷新一次，否則數(shù)據(jù)會(huì)丟失。3.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展方向微處理器的高速發(fā)展使存儲(chǔ)器發(fā)展的速度遠(yuǎn)不能滿足CPU 的發(fā)展要求,而且這種差距還在拉大。目前世界各大半導(dǎo)體廠商,一方面在致力于成熟存儲(chǔ)器的大容量化、高速化、低電壓低功耗化,另一方面根據(jù)需要在原來成熟存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)上開發(fā)各種特殊存儲(chǔ)器。（1）存儲(chǔ)器集成度不斷提高由于受到PC 機(jī)和辦公自動(dòng)化設(shè)備普及要求的刺激,對DRAM 需求量日益激增,再加上系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件對內(nèi)存有越來越大要求的趨勢,特別是新一代操作系統(tǒng)以及很多與圖形圖象有關(guān)的

30、軟件包都對內(nèi)存容量提出了更大的要求,促使各大半導(dǎo)體廠商不斷投入數(shù)以億計(jì)的巨資發(fā)展亞微米集成電路技術(shù),提高存儲(chǔ)器的集成度,不斷推出大容量化存儲(chǔ)器芯片。在半導(dǎo)體領(lǐng)域一直遵循有名的“摩爾(Moore) 定律”集成度以每18個(gè)月提高一倍的速度在發(fā)展。集成電路集成度越高,所需要采用的工藝線寬就越小,當(dāng)達(dá)到半導(dǎo)體線度尺寸小于電子波長時(shí),就會(huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)。為此正在發(fā)展一種稱為硅量子細(xì)線技術(shù)和硅量子點(diǎn)技術(shù)的新工藝技術(shù),可望把半導(dǎo)體細(xì)線做到10nm ,這樣就可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體的集成度,做出更大容量的存儲(chǔ)器芯片。（2）存儲(chǔ)器的低工作電壓低功耗化隨著用電池供電的筆記本式計(jì)算機(jī)和各種便攜式帶微處理器的電子產(chǎn)品的問世

31、,要求盡量減少產(chǎn)品的體積、重量和功耗,還要求產(chǎn)品耐用。減小系統(tǒng)體積和重量很重要的方面就是需要減少電池的數(shù)量,這又必然要求所用芯片的工作電壓降低,耐用就需要降低芯片的功耗。由此就促使世界范圍內(nèi)半導(dǎo)體廠商研究和開發(fā)低壓的半導(dǎo)體器件,包括低壓的存儲(chǔ)器。大多數(shù)低壓存儲(chǔ)器采取了3V 3. 3V 工作電壓,也有采用2. 7V 1. 8V 電源供電的。如東芝推出的低壓EEP2ROM, 日立公司還推出了只有要1V 工作電壓的4MBSRAM。采用低電壓集成電路技術(shù)后,芯片的功耗也大幅度降低,而且其工作速度并沒有明顯下降,這時(shí)電池的重量可以減輕40 % ,同時(shí)電池的壽命延長了3 至4 倍,系統(tǒng)發(fā)熱量降低,整個(gè)系統(tǒng)

32、的體積也不斷減小。（3）新型動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器根據(jù)某些特定的需要,有些公司已開發(fā)出一些新型的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器:例如,為了提高掃描顯示和通信速度以及用于多處理機(jī)系統(tǒng)的雙端口SRAM(Dual - prot SRAM) ,為了解決圖形顯示的帶寬瓶頸而設(shè)計(jì)的用于圖形卡的視頻讀寫存儲(chǔ)器VRAM (Video RAM) ,為了改善Windows 圖形用戶接口中圖形性能WRAM (Windows RAM) ,可用于多處理器系統(tǒng)高速通信的FIFO(First in First Out) 存儲(chǔ)器等。（4）先進(jìn)半導(dǎo)體存儲(chǔ)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器技術(shù)、高性能的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、專用DRAM的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，先進(jìn)的不揮發(fā)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)和技

33、術(shù)、嵌入式存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，以及未來存儲(chǔ)器的發(fā)展方向等。DRAM作為新一代半導(dǎo)體產(chǎn)品制造技術(shù)的推動(dòng)者，除用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域之外，還用于汽車、航空、航天、電信以及無線工業(yè)等領(lǐng)域。近年來，新一代高容量、高性能的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步發(fā)展，包括嵌入式存儲(chǔ)器和不揮發(fā)快閃存儲(chǔ)器在內(nèi)的大容量存儲(chǔ)設(shè)備得到了越來越廣泛的應(yīng)用。24. 世界半導(dǎo)體存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)重心的轉(zhuǎn)移 20世紀(jì)70年代末,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重心從美國轉(zhuǎn)移到了日本,而20世紀(jì)80年代末, 韓國與中國臺(tái)灣成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的主力。每一次產(chǎn)業(yè)重心轉(zhuǎn)移,都引發(fā)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的劇烈震蕩,這種力量也給那些新興國家和地區(qū)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力。這種轉(zhuǎn)移在日本造就了日立、東芝、三菱電

34、氣、富士通和N EC 等世界頂級(jí)的半導(dǎo)體制造商。而僅僅通過十余年的不懈努力, 韓國成為繼美國、日本之后的世界第三個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中心, 自上個(gè)世紀(jì)90年代中期以來, 半導(dǎo)體產(chǎn)值一度占據(jù)韓國出口產(chǎn)品的第一位。韓國三星公司更成為世界第一大存儲(chǔ)器生產(chǎn)大廠。隨著中國作為新的世界制造戰(zhàn)略基地的崛起,中國半導(dǎo)體廠的興建經(jīng)歷了一股熱潮。僅僅幾年前,中國的半導(dǎo)體廠還距世界先進(jìn)水平有著四、五代的巨大差距,而今,這差距已被迅速縮小至僅僅一、兩代。2004年9月25日,中芯國際集成電路制造有限公司(SM IC)在北京舉行隆重慶典,慶祝其第一座12英寸芯片廠成功投產(chǎn)進(jìn)入正式營運(yùn)階段5。中國第一條12英寸芯片生產(chǎn)線的建成,標(biāo)志著中國集成電路制造技術(shù)已經(jīng)跨入300mm 時(shí)代,中國業(yè)已進(jìn)入全球半導(dǎo)體制造強(qiáng)國的 行列。僅中芯國際三地的總產(chǎn)能在2004 年底達(dá)到預(yù)定