電子デバイス／半導体メモリ

９．ＥＰＲＯＭ

　繰り返しになりますが、メモリは１個の素子だけでは１か０かの１ビットの情報しか保存できませんから、何の役にも立ちません。多数の素子を並べてはじめて多くの情報を保存できます。これは前に説明したＤＲＡＭやＳＲＡＭだけでなく、情報を読み出せるだけで後から書き込むことができないＲＯＭでも同じです。

　ＲＯＭはたくさん並べたメモリ素子（メモリセルとも言います）に情報を決まった順序で書き込んでおき、同じ順序で読み出せば同じ情報を何度も取り出せるという装置です。情報の書き込みは製造工場などで行われ、使う人が後から書き換えることはできません。できあがったプログラムなどで改変する必要がないものを保存するのに使われます。

　さて、浮遊ゲートを使った素子はまずＲＯＭとして使われました。ＥＰＲＯＭのＥＰはElectrically Programmableの略で、電気信号でプログラムできるという意味です。ここで「プログラムできる」は情報を決まった順序で書き込めるという意味ですが、それができるのは製造工場などで一般の使用者ではありません。

　また「電気信号で」とわざわざ断っているのは、電気信号でプログラムできないＲＯＭもあるからです。例えば工場で必要な情報に合わせて回路を作り込んでしまうようなＲＯＭもあります。具体的な例で言うと、10個の出力端子のある回路を作り、電源を入れると１番目から10番目までの端子がいつも１００１０１１０１１などと決められた状態になるようにすることはできます。ここで「１」は高い電圧、「０」は低い電圧を意味します。

　しかしこれはあまり便利のよいものではありません。決められた状態が違えば違う回路にしなければならないですし、出力端子の数が多くなると回路も大きく複雑になってしまいます。やはりチップとしては同じものを作り、情報は後から電気信号で書き込める方が便利です。

　このような要求から生まれたのがＥＰＲＯＭです。前項で説明したように情報の書き込みには電子なだれ破壊を使うので、通常の情報読み出しの場合よりも高い電圧を必要とします。また書き換えが必要な場合は、紫外線を当てて記憶情報を消去します。これらは一般のＰＣ等に組み込まれた状態ではできません。必要な設備を持った工場などで行われます。ですからＥＰＲＯＭといっても使用者にとってはただのＲＯＭで「プログラムできる」ものではありません。

　このＥＰＲＯＭはどんな回路で作られているか、インテル社の特許(1)を参照しながら説明します。図９－１はＥＰＲＯＭの回路を示しています。図では４つのメモリセル（１１、１２、２１、２２）しか描かれていませんが、実際には多数（最初の頃でも数万個）のセルを並べてあります。

　１個のセル（例えば１１）は１個の普通のＩＧＦＥＴ、Ｔ１１とこれに接続された１個の浮遊ゲート素子Ｆ１１からなっています。ＩＧＦＥＴ、Ｔ１１のゲートはＷ１というワード線に接続され、ソースはＢ１というビット線に繋がれています。またＴ１１のドレインと浮遊ゲート素子、Ｆ１１のソースが繋がれ、Ｆ１１のドレインは接地されています。もちろん１，２・・・とａ，ｂ・・・という多数のワード線とデータ線が碁盤の目のようにあり、その各交点にメモリーセルが配置されます。この回路をみると以前に説明したＤＲＡＭ（図３－１参照）とそっくりなことがわかります。

　動作もＤＲＡＭに似たものになりますが、説明しておきます。まず情報の書き込みの場合ですが、これは浮遊ゲートに電子を送り込む操作のことです。まずワード線Ｗ１にマイナス電圧をかけるとｐチャンネルＩＧＦＥＴ、Ｔ１１がオンになります。このときビット線Ｂ１にもマイナスにやや大きい電圧をかけるとＴ１１のソース－ドレイン間は導通状態ですから浮遊ゲート素子、Ｆ１１に電圧がかかり、電子なだれ破壊が起きれば、浮遊ゲートに電子が入ります。このためには35Ｖほどの電圧が必要と書かれています。

　書き込まれた情報が１か０かを読み出すには次のようにします。なお、この場合、浮遊ゲートに電子が蓄積されている場合が「０」で、電子がいない状態が「１」に相当します。同じようにワード線Ｗ１をマイナスにしてＴ１１をオンにします。このときＦ１１の浮遊ゲートに電子がいれば、これはゲートにマイナス電圧をかけたのと同じですから、Ｆ１１のソース－ドレイン間も導通状態となり、ビット線Ｂ１に電圧がかけられるとＴ１１とＦ１１のソース、ドレインを通じて電流が流れます。もしＦ１１の浮遊ゲートに電子が入っていないと、Ｆ１１はオフ状態で、ビット線Ｂ１に電圧をかけても電流は流れません。

　ＤＲＡＭでは記憶をするのがコンデンサでしたから、このように直流電流が流れるかどうか情報を読み出すことはできません。回路は似ていますがメモリセルの動作はＤＲＡＭとは少し違っていることがわかります。

　図では浮遊ゲート素子のドレインは接地されていますが、実際にはここに電流が流れるか流れないかを検出する回路を繋ぎます。各メモリセルごとに回路を付けるのは大変なので、一般にはデータ線に沿って並ぶ浮遊ゲート素子のドレインを共通に接続して電流を検出する方法が採られています。

(1)米国特許US3744036号