Loading article…
EPROM （まれにEROMとも表記される）は、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリであり、電源がオフになってもデータを保持するプログラマブル読み出し専用メモリ（PROM）チップの一種です。電源をオフにしてから再びオンにした後でも保存されたデータを取得できるコンピュータメモリは不揮発性メモリと呼ばれます。EPROMは、デジタル回路で通常使用される電圧よりも高い電圧を供給する電子機器によって個別にプログラムされるフローティングゲートトランジスタのアレイです。プログラムされたEPROMは、強力な紫外線（UV）光源（水銀蒸気ランプなど）にさらすことで消去できます。EPROMは、パッケージ上部の透明な溶融石英（または後期のモデルでは樹脂）の窓によって容易に識別できます。この窓を通してシリコンチップが見え、消去中に紫外線にさらすことができます。[ 2 ] 1971年にDov Frohman によって発明されました。 [ 3 ]
EPROMメモリセルの開発は、トランジスタのゲート接続が断線した不良集積回路の調査から始まった。これらの孤立したゲートに蓄積された電荷は、しきい値電圧を変化させる。
1960年にベル研究所のモハメド・アタラとダウォン・カンによって発表されたMOSFET（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）の発明に続き、フランク・ワンラスは1960年代初頭にMOSFETの構造を研究した。1963年、彼は酸化物を通してゲートへ電荷が移動する現象に気づいた。彼はこのアイデアを追求しなかったが、後にEPROM技術の基礎となった。[ 4 ]
1967年、ベル研究所のダウォン・カンとサイモン・ミン・シーは、MOSFETのフローティングゲートを再プログラム可能なROM（読み出し専用メモリ）のセルに使用できることを提案した。 [ 3 ]この概念に基づいて、インテルのドブ・フローマンは1971年にEPROMを発明し、[ 3 ] 1972年に米国特許3,660,819を取得した。フローマンは、1971年にインテルが発表した2048ビットEPROMであるIntel 1702を設計した。[ 3 ]
EPROMの各記憶領域は、単一の電界効果トランジスタで構成されています。各電界効果トランジスタは、デバイスの半導体本体内のチャネルで構成されています。ソースおよびドレインのコンタクトは、チャネルの端の領域に形成されます。チャネル上に酸化膜の絶縁層が成長し、次に導電性（シリコンまたはアルミニウム）ゲート電極が堆積され、さらに厚い酸化膜がゲート電極上に堆積されます。フローティングゲート電極は集積回路の他の部分とは接続されておらず、周囲の酸化膜層によって完全に絶縁されています。制御ゲート電極が堆積され、さらに酸化膜で覆われます。[ 5 ]
EPROMからデータを取り出すには、EPROMのアドレスピンの値で表されるアドレスをデコードし、その値を用いて1ワード（通常は8ビットのバイト）のストレージを出力バッファアンプに接続します。このワードの各ビットは、ストレージトランジスタのオン/オフ状態、導通状態/非導通状態に応じて、1または0になります。
電界効果トランジスタのスイッチング状態は、トランジスタの制御ゲートにかかる電圧によって制御されます。このゲートに電圧がかかると、トランジスタ内に導電チャネルが形成され、オン状態になります。つまり、フローティングゲートに蓄積された電荷によって、トランジスタのしきい値電圧をプログラムできるのです。
メモリにデータを保存するには、特定のアドレスを選択し、トランジスタに高電圧を印加する必要があります。これにより、電子の雪崩放電が発生し、絶縁酸化膜層を通過してゲート電極上に蓄積するのに十分なエネルギーを持つ電子が生成されます。高電圧が除去されると、電子は電極上に捕捉されます。[ 6 ]ゲートを囲む酸化シリコンの高い絶縁値により、蓄積された電荷は容易に漏れ出すことができず、データは数十年間保持されます。
プログラミングプロセスは電気的に可逆ではありません。トランジスタアレイに格納されているデータを消去するには、紫外線をダイに照射します。紫外線の光子は酸化シリコン内でイオン化を引き起こし、フローティングゲートに蓄積された電荷を消散させます。メモリアレイ全体が露出するため、すべてのメモリが同時に消去されます。このプロセスは、適切なサイズの紫外線ランプで数分かかります。日光ではチップを数週間で消去でき、屋内の蛍光灯では数年かかります。[ 7 ]一般的に、EPROMは消去する機器から取り外す必要があります。回路内で部品を消去するために紫外線ランプを組み込むことは通常実用的ではないためです。電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（EEPROM）は、電気的に消去する機能を提供するために開発され、現在では紫外線消去部品のほとんどを置き換えています。
石英窓の製造コストが高いため、OTP（ワンタイムプログラマブル）チップが導入されました。OTPチップでは、ダイが不透明なパッケージに実装されているため、プログラミング後に消去することができません。これにより、消去機能のテストも不要になり、コストがさらに削減されます。EPROMとEPROMベースのマイクロコントローラの両方にOTPバージョンが製造されています。しかし、OTP EPROM（単体でも、より大きなチップの一部でも）は、セルコストがあまり重要でない小型サイズではEEPROMに、大型サイズではフラッシュメモリに置き換えられつつあります。
プログラムされたEPROMは、最低でも10年から20年間データを保持し、[ 8 ] 35年以上経過してもデータを保持しているものも多く、寿命に影響を与えることなく無制限に読み取ることができます。消去ウィンドウは、日光やカメラのフラッシュに含まれる紫外線による偶発的な消去を防ぐために、不透明なラベルで覆っておく必要があります。古いPC BIOSチップはEPROMであることが多く、消去ウィンドウは、BIOS発行者の名前、 BIOSリビジョン、および著作権表示を含む粘着ラベルで覆われていることがよくありました。このラベルは、紫外線に対する不透明性を確保するために、裏面に箔が貼られていることがよくありました。
EPROMの消去は、400 nmより短い波長で始まります。1週間の日光照射、または室内蛍光灯の3年間の照射で消去が発生する可能性があります。推奨される消去手順は、253.7 nmの紫外線に少なくとも15 Ws/cm 2を照射することであり、通常はランプを約2.5 cmの距離に置いて20～30分で完了します 。[ 9 ]
消去はX線でも行うことができる。
しかし、ゲート電極は電気的にアクセスできないため、消去は非電気的な方法で行わなければなりません。パッケージ化されていないデバイスの任意の部分に紫外線を照射すると、浮遊ゲートからシリコン基板に光電流が流れ、ゲートが初期の未充電状態に戻ります（光電効果）。この消去方法により、パッケージが最終的に密封される前に、複雑なメモリ配列の完全なテストと修正が可能になります。パッケージが密封された後でも、5× 10⁴ radsを超えるX線に曝露することで情報を消去できます。[ a ]この線量は市販のX線発生装置で容易に達成できます。[ 10 ]
つまり、EPROMを消去するには、まずX線を照射し、次に約600℃のオーブンに入れる（X線によって生じた半導体の変化を焼きなましするため）必要がありました。このプロセスが部品の信頼性に及ぼす影響を徹底的にテストする必要があったため、代わりにウィンドウを採用することにしたのです。[ 11 ]
EPROMは消去サイクル数が限られているものの、その回数は多い。ゲート周辺の二酸化ケイ素は各サイクルで損傷が蓄積され、数千サイクル後にはチップの信頼性が低下する。EPROMのプログラミングは他のメモリに比べて遅い。高密度部品では相互接続層とゲート層の間に露出した酸化膜が少ないため、非常に大きなメモリでは紫外線消去は実用的ではなくなる。パッケージ内部の塵埃でさえ、一部のセルの消去を妨げる可能性がある。[ 12 ]
大量生産（数千個以上）の場合、マスクプログラムROMは最も低コストで製造できるデバイスです。ただし、ICマスク層またはフォトマスクのアートワークやデザインを変更してROMにデータを保存する必要があるため、製造には数週間のリードタイムが必要です。当初、EPROMは大量生産には高価すぎるため、開発用途に限られると考えられていました。しかし、ファームウェアの迅速なアップグレードという利点を考慮すると、EPROM部品は少量生産でも経済的であることがすぐに判明しました。
EEPROMやフラッシュメモリが登場する以前のマイクロコントローラの中には、オンチップEPROMを使用してプログラムを保存するものがありました。こうしたマイクロコントローラには、Intel 8048、Freescale 68HC11、PICマイクロコントローラの「C」バージョンなどが含まれます。EPROMチップと同様に、こうしたマイクロコントローラにも、デバッグやプログラム開発に使用される窓付き（高価な）バージョンがありました。同じチップが、生産用に（やや安価な）不透明なOTPパッケージで提供されていました。開発に使用されていた窓付き部品から生産用に窓なし部品に切り替える際に、こうしたチップのダイを光にさらしておくと、予期せぬ動作の変化が生じる可能性があります。
第1世代の1702デバイスはp-MOS技術で製造されました。読み出しモードではV CC = V BB = +5 V、V DD = V GG = -9 Vで、プログラミングモードではV DD = V GG = -47 Vで電源供給されました。[ 13 ] [ 14 ]
第2世代の2704/2708デバイスは、n-MOSテクノロジーと、 VCC = + 5V、VBB = -5V 、VDD = + 12Vの3レール 電源、VPP = 12V 、プログラミングモードでの + 25Vパルスに切り替わりました。
第3世代の2716/2732デバイスは、読み出し動作にシングルレールVCC = + 5V電源のみを必要とし、パルスなしのシングルVPP =+ 25V [ 15 ]プログラミング電圧を必要とする進化したn-MOSテクノロジーにアップグレードされました。不要になったVBBおよびVDDピンは追加のアドレスビットに再利用され、同じ24ピンパッケージでより大きな容量（2716/2732）を実現し、より大きなパッケージではさらに大きな容量を実現しました。その後、CMOSテクノロジーのコストが低下したことにより、同じデバイスをCMOSを使用して製造できるようになり、デバイス番号に文字「C」が追加されました（27xx(x)はn-MOS、27Cxx(x)はCMOS）。
業界が27xx EPROMの標準ピン配置とアーキテクチャに向かっていた一方で、テキサス・インスツルメンツ（TI）は現在では非標準とみなされているいくつかのタイプを発表しました。TMS2716は先行タイプと同様に3レールデバイスでしたが、TMS2516は他のチップファウンドリが提供する2716と同様にシングル+5V EPROMでした。その後、TIはTMS2532とTMS2564をリリースしましたが、どちらもシングル+5Vデバイスでしたが、ピン配置は2732と2764と互換性がありませんでした。
異なるメーカーの同じサイズの部品は読み取りモードでは互換性がありますが、メーカーによって異なる、場合によっては複数のプログラミングモードが追加され、プログラミングプロセスに微妙な違いが生じました。このため、大容量デバイスでは「署名モード」が導入され、EPROMプログラマによってメーカーとデバイスが識別できるようになりました。これは、 ピンA9に+12Vを強制的に印加し、2バイトのデータを読み出すことで実現されました。しかし、これは普遍的なものではなかったため、プログラマソフトウェアでは、適切なプログラミングを確実にするために、チップのメーカーとデバイスタイプを手動で設定することもできました。[ 16 ]
-12接尾辞は、このデバイスのアクセス時間が120ナノ秒であることを示しています。
