DRAM 的结构与使用方法
6.1 DRAM 的单元结构
DRAM 单元的基本结构如图所示，负责数据存储的是图中的电容器，根据是否存储电荷来判断数据 的“0”、“1”。图中电容器的一端接地，因为是交流接地，所以不是形成 GND 电平的意思。电容器 的另—端与用于存取开关 FET 的漏极相连接。
图 DRAM 的单元
读操作时，通过连接于 FET 栅极的字线，将 FET 处于 ON 状态，电容器与数据相连接。由于在电容 器与数据线之间发生电荷的移动，数据线的电压发生变化，因此，只要检测出该电压的变化，就可以 判定数据（“1”还是“0”）。因为电容器中存储的电荷发生了移动，所以如果进行读操作，其存储 的内容就将消失。存取操作的详细过程将在后面说明，像这样因为存取而失去存储状态，亦即破坏性 读出也是 DRAM 的特征之一。虽然在数据读操作之后必须恢复同一数据，但该操作是 DRAM 内部自动进 行的，通常不必特别在意。
●6.1.1 DRAM 单元结构的概况
图对 DRAM 单元结构进行了较为详细的描述，这是平面式的最基本的结构，在 1MB 的 DRAM 占据主导 地位之前一般都是这样结构的单元。与刚才的图相比较更容易理解，图的左侧为 FET 部分，右侧为电 容器部分。氧化膜为电介质，多晶硅为电极，从而形成电容器。
图 DRAM 的单元结构
●6.1.2 刷新
当 DRAM 的电容器存储了电荷时，对于 FET 来说，形成反偏置状态，必然会发生漏电流，图 1 中图 示了这一点。因为在如图所示的方向上存在电流，因此 DRAM 单元的电容器将必然进行放电。所以，需 要定期将单元的状态恢复为初始状态，这称为刷新操作。
图 1 DRAM 单元的漏电流
通过时间过程与单元电压的关系表示的刷新操作思路如图 2 所示。如果放置电容器则电容器极间 电压将如图中虚线那样按指数函数下降，一旦超过阈值，则存储状态将发生反相。因此，在超越阈值 之前，必须定期将存储状态恢复为原始的水平，即进行刷新。执行刷新操作的方式存在若干种，这些 将在后面进行叙述。
图 2 刷新操作
●6.1.3 软错误
如果为了提高 DRAM 的存储容量而提高集成度，那么当然要减少连接到 FET 的电容器的容量，所
以用于存储的电荷量也将随之减少。随着容量的减少，数据的正确读取将变得困难，除此之外，还会 存在由于 α 射线而破坏存储的问题。在射线中，α 射线虽然是氦的原子核，但如果它飞人 DRAM 的电 容器部分，则电荷将消减，存储将丢失，这称为软错误。为了防止即使是一页纸的 α 射线，需要注意 封装所利用的材料中包含的放射线同位素中所放射出的 α 射线，而不必在意在封装状态下来自外界的 α 射线。
一般来说，因为完全除去同位素是困难的，所以，为了降低软错误的概率，无论如何需要在 DRAM 单元上确保某种程度的容量。但是，即使那样也不能使软错误发生的概率为 0。为此，在工作站级别 以上的计算机中，使用大量的存储器元件，而且在可靠性要求较高的系统中，对 DRAM 进行 FCC 校验，
使之具有即使发生软错误也会自动更正的机制。因为个人计算机等设备中不需要如此高的可靠性，所 以大多都没有进行 DRAM 的出错校验。
●6.1.4 电容器的设计
因为电容器的容量不能无限小，所以既要进行小型化处理又要保持其容量是 DRAM 高集成化的重 点。基本电介质的介电常数为 ε，电极面积为 S，电极间距离为 d，假设电容器的容量为 C，则：
C＝ε×S÷d
成立，因此，为了增大电容器的容量，需要增大ε值（使用介电常数较大的绝缘体）、减小d值（使 电极间的电介质层尽可能薄）或者增大S值（扩大电极面积）。
介电常数是根据材料确定的，当初曾使用过SiO2 氧化膜，从 1M位的DRAM时代开始，使用称为NO
（Si3N4-SiO2）的氮化膜。之后曾经专门在扩大电极面积S的方向上发展过，因为逐渐达到其界限，继 而又向使用高介电常数的材料上发展，利用了Ta
2
O5
（介电常数约为 50）、BST（介电常数为 250）等。
在增大面积S上，曾经从 4M位的DRAM开始积极发展过，因为在平面上增大面积存在一定的限制，
因而采用了立体结构，其中有一些结构相当复杂，图表示了若干结构复杂的例子。
图 DRAM 电容器的设计
从大方面上分类，电容器的结构分为在底板上叠加电容器结构的堆叠式结构和在底板上穿孔、利 用其孔洞的沟道式结构这两种。前者还包括如图（a）所示的形成凹凸的圆柱式以及如图（b）所示的 水平方向上形成凹凸的翼状式。最初只有一个凹凸面，然后为了增大面积又发展成两端具有多个凹凸 的多柱式及多翼式结构，图中也表示了这些类型。正如先前表示的那样，通过利用高介电常数的材料，
即使减少面积也可以得到相同的容量，因此，根据这样的方法，减少堆叠式结构的凹凸数，姑且认为
可形成扁平器皿状的电容器。
穿孔的沟道式结构如图（c）所示，在洞的纵深方向没有什么变化，但在纵横比（深度／宽度）上 存在较大的变化，目前纵横比为 30 左右。
在沟道式结构上，电介质材料的利用还没有什么进展，但这应该是将来发展的方向。