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唯讀記憶體(ROM)
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❒ 光罩式唯讀記憶體(Mask-ROM)
在製造的時候將資料隨著「光罩(Mask)」寫入,使用時只能讀取資料
這種記憶體的結構通常只有一個電晶體(1T)或一個二極體(1D),因此成本極低,由於無法更改資料,所以目前已經很少使用了。
「光罩式唯讀記憶體(Mask-ROM)」是目前唯一「真正唯讀」的唯讀記憶體,資料只能寫入一次,類似「唯讀型光碟片(CD-ROM)」,屬於「非揮發性記憶體(NVM)」,電源關閉後資料仍然存在。
❒ 可程式化唯讀記憶體(P-ROM:Programmable ROM)
在製造的時候尚未將資料寫入,購買唯讀記憶體的廠商(例如:主機板廠商)在購買後可以依照不同的需要以「大電流」將資料寫入(燒錄),而且資料只能寫入一次,不可以重複使用,有點類似「可寫一次型光碟片(CD-R)」。
P-ROM的優點是記憶體製造時不需要將資料寫入,廠商在購買後可以依照不同的需要寫入資料,應用的靈活性比Mask-ROM高;缺點則是資料只能寫入一次,不可更改,使用仍然不方便。
❒ 可抹除可程式化唯讀記憶體(EP-ROM:Erasable P-ROM)
在製造的時候尚未將資料寫入,購買唯讀記憶體的廠商(例如:主機板廠商)在購買後可以依照不同的需要以「大電流」將資料寫入(燒錄);如果需要更改內容,可以使用「紫外光」將舊的資料抹除(Erase),再以高電壓將新資料寫入,因此可以重複使用,有點類似「可多次讀寫型光碟片(CD-RW)」。
EP-ROM的構造如<圖一>所示,大部分是使用NMOS為主要結構,在中央P型矽晶圓上方成長絕緣層「氧化矽」,然後再成長二層「多晶矽」,分別稱為「浮動閘極(FG:Floating Gate)」與「控制閘極(CG:Control Gate)」,浮動閘極與P型矽晶圓之間由絕緣層氧化矽隔開,一般的情況下電子無法注入浮動閘極,存取資料的原理如下:
➤大電流寫入0:以大電流產生高能量的「熱電子(Hot electron)」由左方N型的源極跨越氧化矽儲存在浮動閘極,如<圖一(a)>所示。
➤紫外光抹除1:以高能量的「紫外光(UV:Ultraviolet)」照射浮動閘極強迫電子由右方N型的汲極流出,如<圖一(b)>所示。
EP-ROM的優點是記憶體製造時不需要將資料寫入,廠商在購買後可以依照不同的需要寫入資料,而且可以更改資料,應用靈活性較P-ROM高;缺點則是更改資料時必須先使用紫外光將舊資料抹除,使用仍然不方便。此外,EP-ROM的封裝外殼必須預留一個石英窗,讓紫外光可以照射到浮動閘極,由於價格較高,後來大部分都沒有預留石英窗,資料寫入之後就不能再抹除,變成只能寫入一次的「一次可程式化唯讀記憶體(OTP-ROM:One Time Programmable ROM)」。

圖一 可抹除可程式化唯讀記憶體(EP-ROM)的構造與原理示意圖。
❒ 電子式可抹除可程式化唯讀記憶體(EEP-ROM:Electrically EP-ROM)
在製造的時候尚未將資料寫入,購買唯讀記憶體的廠商(例如:主機板廠商)在購買後可以依照不同的需要以「高電壓(電脈衝)」將資料寫入;如果需要更改內容,可以使用「高電壓(電脈衝)」將舊資料抹除(Erase),再以高電壓將新資料寫入,因此可以重複使用,有點類似「可多次讀寫型光碟片(CD-RW)」。
EEP-ROM的構造如<圖二>所示,基本上與EP-ROM的構造相似,但是中央P型矽晶圓上方的絕緣層「氧化矽」厚度比較薄,存取資料的原理如下:
➤寫入資料0:以高電壓(通常大於10V)使電子由左方N型的源極「穿隧(Tunneling)」氧化矽儲存在浮動閘極,如<圖二(a)>所示。
➤抹除資料1:以高電壓吸引浮動閘極內的電子由右方N型的汲極流出,如<圖二(b)>所示。
EEP-ROM的優點是記憶體製造時不需要將資料寫入,廠商在購買後可以依照不同的需要寫入資料,而且可以更改資料,又不需要使用紫外光將舊資料抹除,應用靈活性較EP-ROM高;缺點則是EEP-ROM是以小區塊(通常是位元組B)為清除單位來抹除資料,抹除與寫入的速度很慢,使用仍然很不方便,後來經過改良才發展出目前廣泛使用在可攜帶式電子產品的「快閃記憶體(Flash ROM)」,因此我們可以將EEP-ROM看成是快閃記憶體的始祖。
EEP-ROM由於可以電寫電讀,目前廣泛的應用在各種防偽晶片,例如:IC電話卡、IC金融卡、IC信用卡(信用卡附防偽晶片)、健保IC卡、手機用戶識別卡(SIM:Subscriber Identity Module)等,做為儲存少量客戶資料的記憶體。

圖二 電子式可抹除可程式化唯讀記憶體(EEP-ROM)的構造與原理示意圖。
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