Una memoria programable de solo lectura ( PROM ) es una forma de memoria digital donde el contenido se puede cambiar una vez después de la fabricación del dispositivo. Los datos son entonces permanentes y no se pueden cambiar. Es un tipo de memoria de sólo lectura (ROM). Las PROM se utilizan en dispositivos electrónicos digitales para almacenar datos permanentes, generalmente programas de bajo nivel como firmware o microcódigo . La diferencia clave con una ROM estándar es que los datos se escriben en una ROM durante la fabricación, mientras que con una PROM los datos se programan en ella después de la fabricación. Por lo tanto, las ROM tienden a usarse sólo para grandes tiradas de producción con datos bien verificados. Las PROM se pueden utilizar cuando el volumen requerido no hace que una ROM programada en fábrica sea económica, o durante el desarrollo de un sistema que en última instancia puede convertirse a ROM en una versión producida en masa.
Las PROM se fabrican en blanco y, según la tecnología, se pueden programar en la oblea, en la prueba final o en el sistema. Los chips PROM en blanco se programan conectándolos a un dispositivo llamado programador PROM . Las empresas pueden mantener un suministro de PROM en blanco en stock y programarlas en el último minuto para evitar compromisos de grandes volúmenes. Este tipo de memorias se utilizan frecuentemente en microcontroladores , consolas de videojuegos , teléfonos móviles, etiquetas de identificación por radiofrecuencia ( RFID ), dispositivos médicos implantables, interfaces multimedia de alta definición ( HDMI ) y en muchos otros productos electrónicos de consumo y de automoción. Un dispositivo PROM típico está formado por una serie de celdas de memoria, cada una formada por un transistor, que es un transistor bipolar , conectado a un fusible llamado polifusible en el emisor del transistor. Se utiliza un programador PROM para soplar el polifusible, programando la PROM. [1]
El PROM fue inventado en 1956 por Wen Tsing Chow , que trabajaba para la División Arma de la American Bosch Arma Corporation en Garden City , Nueva York . [2] [3] La invención fue concebida a petición de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para encontrar una forma más flexible y segura de almacenar las constantes de orientación en la computadora digital aerotransportada del Atlas E/F ICBM . La patente y la tecnología asociada se mantuvieron bajo orden de secreto durante varios años mientras el Atlas E/F era el principal misil operativo de la fuerza ICBM de los Estados Unidos. El término quemar , que se refiere al proceso de programación de una PROM, también está en la patente original, ya que una de las implementaciones originales era quemar literalmente los bigotes internos de los diodos con una sobrecarga de corriente para producir una discontinuidad en el circuito. Las primeras máquinas de programación PROM también fueron desarrolladas por ingenieros de Arma bajo la dirección de Chow y estaban ubicadas en el laboratorio de Arma en Garden City y en la sede del Comando Aéreo Estratégico de la Fuerza Aérea (SAC).
La memoria OTP (programable una vez) es un tipo especial de memoria no volátil (NVM) que permite escribir datos en la memoria solo una vez. Una vez que la memoria ha sido programada, conserva su valor ante la pérdida de energía (es decir, no es volátil). La memoria OTP se utiliza en aplicaciones donde se requiere una lectura de datos confiable y repetible. Los ejemplos incluyen código de arranque, claves de cifrado y parámetros de configuración para circuitos analógicos, de sensores o de pantalla. OTP NVM se caracteriza, sobre otros tipos de NVM como eFuse o EEPROM, por ofrecer una estructura de memoria de área pequeña y bajo consumo de energía. Como tal, la memoria OTP encuentra aplicación en productos que van desde microprocesadores y controladores de pantalla hasta circuitos integrados de administración de energía (PMIC).
Las matrices de memoria OTP semiconductoras basadas en antifusibles disponibles comercialmente existen al menos desde 1969, con celdas de bits antifusibles iniciales que dependen de quemar un condensador entre líneas conductoras cruzadas. Texas Instruments desarrolló un antifusible de descomposición de óxido de compuerta MOS en 1979. [4] En 1982 se introdujo un antifusible MOS de dos transistores (2T) de óxido de puerta dual. [5] Las primeras tecnologías de descomposición de óxido exhibieron una variedad de escala, programación y tamaño. y problemas de fabricación que impidieron la producción en volumen de dispositivos de memoria basados en estas tecnologías.
Otra forma de dispositivo de memoria programable de una sola vez utiliza el mismo chip semiconductor que una memoria de sólo lectura programable y borrable mediante rayos ultravioleta (UV-EPROM), pero el dispositivo terminado se coloca en un paquete opaco, en lugar del costoso paquete cerámico con cuarzo transparente. ventana necesaria para borrar. Estos dispositivos se programan con los mismos métodos que las piezas UV EPROM pero son menos costosos. Los controladores integrados pueden estar disponibles en estilos borrables en el campo y de una sola vez, lo que permite ahorrar costos en la producción en volumen sin el gasto y el tiempo de entrega de los chips ROM de máscara programados en fábrica. [6]
Aunque la PROM basada en antifusibles ha estado disponible durante décadas, no estuvo disponible en CMOS estándar hasta 2001, cuando Kilopass Technology Inc. patentó tecnologías de celdas de bits antifusibles de 1T, 2T y 3,5T utilizando un proceso CMOS estándar, lo que permite la integración de PROM en la lógica. Chips CMOS. El primer nodo de proceso antifusible que se puede implementar en CMOS estándar es de 0,18 um. Dado que la descomposición del óxido de la puerta es menor que la ruptura de la unión, no se requirieron pasos de difusión especiales para crear el elemento de programación antifusible. En 2005, Sidense introdujo un dispositivo antifusible de canal dividido [7] . Esta celda de bits de canal dividido combina los dispositivos de óxido grueso (IO) y delgado (puerta) en un transistor (1T) con una puerta de polisilicio común .
Una PROM típica viene con todos los bits leídos como "1". Quemar un bit de fusible durante la programación hace que el bit se lea como "0" al "soplar" los fusibles, lo cual es un proceso irreversible. Algunos dispositivos se pueden "reprogramar" si los nuevos datos reemplazan los "1" por los "0". Algunos conjuntos de instrucciones de CPU (por ejemplo, 6502 ) aprovecharon esto definiendo una instrucción de interrupción (BRK) con el código de operación '00'. En los casos en los que hubiera una instrucción incorrecta, podría "reprogramarse" en un BRK, lo que provocaría que la CPU transfiriera el control a un parche. Esto ejecutaría la instrucción correcta y volvería a la instrucción después de BRK.
La celda de bits se programa aplicando un pulso de alto voltaje que no se encuentra durante una operación normal a través de la puerta y el sustrato del transistor de óxido delgado (alrededor de 6 V para un óxido de 2 nm de espesor, o 30 MV/cm) para descomponer el óxido. entre la puerta y el sustrato. El voltaje positivo en la puerta del transistor forma un canal de inversión en el sustrato debajo de la puerta, lo que provoca que una corriente túnel fluya a través del óxido. La corriente produce trampas adicionales en el óxido, lo que aumenta la corriente a través del óxido y, en última instancia, derrite el óxido y forma un canal conductor desde la puerta hasta el sustrato. La corriente necesaria para formar el canal conductor es de alrededor de 100 μA/100 nm 2 y la ruptura se produce en aproximadamente 100 μs o menos. [8]