Was ist ein Masken-ROM?
Ein Masken-ROM ist ein ROM, dessen Speicherinhalt bei der Herstellung des Speichers in einem Halbleiterwerk festgelegt wird.
Zu den Halbleiterspeichern gehören Festwertspeicher (ROM) und Schreib-Lese-RAM (Random Access Memory), und ROM wird in Masken-ROM und programmierbare ROM unterteilt. Masken-ROMs können nach der Produktion nicht mehr gelöscht oder überschrieben werden.
Sie sind in der Massenproduktion am billigsten und können ein unbefugtes Überschreiben von Programmen nach der Auslieferung verhindern, aber Änderungen nach der Herstellung sind aufgrund der langen Entwicklungs- und Fertigungszeiten schwierig.
Anwendungen von Masken-ROMs
Masken-ROMs können nach der Auslieferung ab Werk in keiner Weise gelöscht, beschrieben oder umgeschrieben werden. Diese Eigenschaft wird als fester Datenspeicher für Steuerprogramme für eingebettete Geräte, CPU-Mikrocode, Verkaufssoftware für Spiele, Kanji-Fonts, Wörterbuchdaten usw. genutzt.
Da Fehler in den gespeicherten Programmen nicht ohne weiteres korrigiert werden können, wenn sie gefunden werden, besteht eine gängige Methode darin, programmierbare ROMs während der Systementwicklungsphase zu verwenden, wenn Korrekturen erforderlich sind, und dann die Daten an eine Speicherfertigungsanlage zu senden, um Masken-ROMs herzustellen, nachdem das System fertiggestellt ist.
Funktionsweise von Masken-ROMs
Es gibt zwei Arten von Masken-ROMs, nämlich den NAND-Typ mit in Reihe geschalteten Transistoren und den NOR-Typ mit parallel geschalteten Transistoren. Der NAND-Typ ist in Bezug auf die hohe Integration überlegen, während der NOR-Typ eine hohe Betriebsgeschwindigkeit aufweist. Bei beiden Typen werden die mit den Transistorgates verbundenen Signalleitungen als Wortleitungen und die mit den Quellen verbundenen Leitungen als Bitleitungen bezeichnet. Ein Masken-ROM ist eine Sammlung von Transistoren (Speicherzellen), die mit einem Gitter aus Wort- und Bitleitungen verbunden sind.
Die Daten werden während des Waferprozesses in der Halbleiterfabrik in das Masken-ROM geschrieben. Der Inhalt jedes Transistors wird mit 1 oder 0 beschrieben. Einmal geschrieben, bleiben die Daten unverändert.
Zum Auslesen von Daten wird das Potenzial der Wortleitung, an die die auszulesende Zelle angeschlossen ist, eingeschaltet und die anderen Wortleitungen werden ausgeschaltet. Der Strom auf der Bitleitung, an die die auszulesende Zelle angeschlossen ist, wird erfasst, und es wird 1 ausgelesen, wenn der Strom fließt, und 0, wenn er nicht fließt.
Arten von Masken-ROMs
Es gibt drei Verfahren zum Schreiben von Daten in Masken-ROMs, nämlich Diffusion, Kontakt und Ionenimplantation.
1. Diffusionsverfahren
Die Diffusionsmethode ist auf den NOR-Typ anwendbar und bildet nur Transistoren mit Daten von 1 auf dem Wafer und erzeugt keine Transistoren mit Daten von 0. Sie wird wegen des langen Herstellungsprozesses nicht häufig verwendet.
2. Kontaktverfahren
Die Kontaktmethode ist auf den NOR-Typ anwendbar und verbindet die Source eines Transistors mit Daten 0 nicht mit der Bitleitung. Die Herstellungszeit ist kurz, da sie davon abhängt, ob die Kontaktlöcher, die den Transistor und die Verdrahtung verbinden, in der zweiten Hälfte des Waferprozesses hergestellt werden.
3. Ionenimplantationsverfahren
Die Ionenimplantationsmethode kann sowohl für NAND- als auch für NOR-Typen verwendet werden. Dabei werden Ionen in die Transistoren implantiert, um die Schwellenspannung, bei der sie arbeiten, zu verändern. Transistoren mit einer relativ hohen Schwellenspannung werden mit 0 beschrieben, Transistoren mit einer niedrigen Schwellenspannung mit 1.
Auswahl eines Masken-ROMs
Neben Masken-ROMs gibt es noch andere ROM-Typen, wie EEPROM und Flash-Speicher, die unter Berücksichtigung ihrer Vor- und Nachteile ausgewählt werden müssen.
1. EEPROM
Dies ist ein ROM, dessen Inhalt vom Benutzer überschrieben werden kann. Zum Lesen und Schreiben kann dieselbe Schaltung oder dasselbe Gerät verwendet werden, und der Inhalt kann beliebig oft ohne besondere Vorgänge geändert werden. Er wird als Hilfsspeicher für die Aufzeichnung von Computerkonfigurationsinformationen verwendet.
2. Flash-Speicher
Ermöglicht dem Benutzer das einfache Schreiben und Löschen von Daten, wobei der Inhalt auch nach dem Ausschalten des Geräts erhalten bleibt. Speicherkarten sind kartenförmige Flash-Speicher. Sie werden häufig als Speichermedium in Mobiltelefonen, Digitalkameras usw. verwendet. Mit einem USB-Anschluss und einem Flash-Speicher ist der USB-Speicher leicht zu transportieren und kann problemlos Daten speichern.
3. Vorteile von Masken-ROMs
Die Kosten für die Massenproduktion sind niedriger als die von Flash-Speicher und EPROMs. Die peripheren Schaltkreise und die Zellstruktur sind die einfachsten aller Halbleiterspeicher und weisen einen hohen Integrationsgrad auf.
4. Nachteile von Masken-ROMs
Die Maskenentwicklung ist mit hohen Anfangskosten verbunden. Die Herstellung der Maske dauert mehrere Tage bis zu einem Monat, und es dauert, bis die Massenproduktion anläuft. Wird der Aufzeichnungsinhalt geändert, muss die Maske neu angefertigt werden, was bedeutet, dass Programmaktualisierungen, wie z. B. Fehlerbehebungen, nicht durchgeführt werden können.