Электрически программируемые логические матрицы

Н

Рис.5. Элементы ПЛМ с электрическим программированием

а рис.5 показаны наиболее распространенные элементы матриц с элек­трическим программирова­нием. Программирование осуществ­ляется расплавлением перемычек (обычно нихромовых или поликрем­ниевых) или пробоем диодов (p-n переходов или барьеров Шотки).

Перемычки имеют сопротив­ление около 10 Ом и расплав­ляются (размыкаются) при пропус­кании через них импульса тока, ам­плитуда которого значительно больше амплитуды тока считывания. Для разрушения нихромовых или поликремниевых перемычек доста­точно тока 20…50 мА; время расплавления составляет 10…200 мс.

Диоды пробиваются (закорачиваются) при подаче импульса обратного на­пряжения от источника с небольшим внутренним сопротивлением, дающим дос­таточный ток (200…300 мА). Это вызывает лавинный и термический пробой p-n переходов (барьера Шотки) и миграцию частиц металла внутрь полупроводника с образованием надежного низкоомного контакта (штриховые линии на рис.5). Время образования цепи 0,02…0,05 мс.

Для электрического программирования и контроля ПЛМ используются специальные установки, управляемые ЭВМ. Исходной информацией для про­граммирования и контроля являются:

таблица истинности;

признак пережигания (пробоя) лог. единиц или нулей (в зависимости от на­чальной информации незапрограммированной ПЛМ);

параметры программирующих импульсов.

Управляющая программа делает перебор адресов на входах от 00…0 до 11…1. На ПЛМ подаются питающие напряжения, а при наличии в исходной ин­формации признаков программирования – импульс пережигания (пробоя). После программирования выполняется контроль и результат проверки с указанием сов­падения (несовпадения) с таблицей истинности выводится на печать.

Матричные микросхемы с реконструируемыми соединениями

Для создания СБИС и субсистем на пластинах применяют регулярные структуры (рис.6) с матрицей ячеек достаточно большой степени интеграции. Программирование элементов соединений выполняется их созданием или нару­шением (табл.2, 3).

М

Рис.6. Фрагмент БИС с реконструируемыми соединениями

атричные БИС с реконструируемыми соединениями обычно создают на основе КМОП-транзисторов, характеризующихся минимальной потребляемой мощностью.Для таких транзисторов применимы все типы перемычек, указанных в табл.2 и 3.

Перспективным является использование матричных БИС с реконструируе­мыми соединениями для построения многопроцессорных субсистем. Контакты между соединительными проводниками различных уровней программируются лучом лазера (расплавляется диэлектрик), некоторые связи разрезаются.

Лазерное реконструирование при управлении от ЭВМ длится около 1 ч. Та­кие микросистемы могут содержать до 100 миллионов транзисторов.

Плотность компоновки для СБИС при минимальном размере элементов 0,5…2 мкм достигает 20 тысяч транзисторов на квадратный миллиметр.

Репрограммируемые логи­ческие матрицы Матрицы с электрически репрограммируемыми эле­ментами на основе моп-структур

В настоящее время известны элементы памяти, сохраняющие информацию при отключении напряжения питания, что позволяет создавать ПЛМ со стира­нием и перезаписью реализуемых функций – репрограммируемые логические матрицы (РПЛМ).

Значительное распространение в РПЛМ получили МОП-транзисторы с пла­вающим затвором и лавинной инжекцией (рис.7). Структура такого транзистора аналогична обычному МОП-транзистору с поликремниевым затвором, который галь­ванически не связан с остальной схемой. В исходном состоянии транзистор не прово­дит ток (см. рис.7,а). 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 (см. рис.7,б), 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.

С

Рис.7. ПЛМ на МОП-транзисторах с пла­вающим затвором:

а) выключенный (стертый) запоминаю­щий транзистор;

б) включенный запоминающий транзи­стор;

в) фрагмент матрицы (транзистор вы­борки Т_в, запоминающий транзистор Т_з);

1 – исток; 2 – плавающий затвор из по­ликристаллического кремния; 3 – сток;

4 – инжектированный заряд; 5 – область обеднения

тирание информации осуществля­ется при облучении ультрафиолетовыми лучами с энергией, достаточной для выби­вания электронов из затвора и переноса их в подложку (рис.7). Стирание можно также осуществить, используя ионизи­рующее, например рентгеновское излуче­ние.

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 (см. рис.7,в) по­следовательно с транзисторами с плавающими затворами включают обычные МОП-транзисторы.