这种类型的存储器比ROM和RAM复杂得多。它用于在智能卡里存储有时需要修改或擦除的各种数据和程序。从功能上来说，EEPROM就相当于PC中的硬盘，因为在没有电源的情况下数据仍然能保持，并在需要时可以修改数据。

　　原理上，EEPROM单元就是一个可以充电或放电的小电容。充电的状态可以由读出逻辑来询问。充了电的电容代表逻辑1，而放了电的电容表示逻辑0。为了存储一个数据字节，就需要8个这样的小电容，再加上一些适当的读出电路，图1 给出了EEPROM单元的实际照片。

　　EEPROM单元的擦除状态是关于写人到单元去的关键因素。在绝大多数类型的EEPROM里，擦除后的状态为°1°。EEPROM具有这样的特性，每个单元只能从被擦除状态转变到非擦除 

          图1  EEPROM单元的照片（左边放大了4 000倍，
　　右边放大了1 000倍，由C＆D公司提供）

　　状态，在此实例中这个非擦除状态就表示0。如果一个EEPROM单元已经是°0°状态，那么必须把整个EEPROM页面都擦除，才能在那一位上重新存储状态°1°。通常用于EEPROM写入程序的算法如表1所示。

　　表1  对EEPROM整个页面写入程序的伪码

　　（如果要写人多个页面或只是写人一页中的一部分，这个程序还必须嵌套在一些更高层的程序中。
　　在出现一错误的情况下，如果需要调用一个改写程序时就是一个相类似的过程。擦除的EEPROM
　　的状态为′FF′，而写后的状态为′00′）

　　要弄明白EEPROM单元是怎样工作的，必须画出一个半导体器件。图1 显示了一个EEPROM单元的剖视面。实际结构还要更复杂些，但这个简化的图形对辅助理解是非常有用的。

　　EEPROM单元的简单的形式基本上就是一个变形的MOS场效应晶体管MOSFET（MOSField Effect Transistor），它构造于硅基片的顶部上。源极和漏极做在基片上。在这两者之间有

　　图2  EEPROM单元半导体结构的剖视图

　　一个控制栅，源极和漏极的电流可以通过对控制栅施加的电位来控制。一旦没有电位施加到控制栅上，就没有电流能流动。因为在源极和漏极之间有两个二极管（n-p和p-n结）。如果把一个正电位加到控制栅上，电子就会从基片中被吸引出来，这样在源极和漏极之间就形成了导电通道。然后FET（场效应晶体管）导通，而电流就流动了。

　　在EEPROM单元里，在控制栅和基片之间附加了一个“浮动”栅。它不与任何外部电源相连接，雨且它和基片之间的间隙非常小，大约为10nm的数量级。浮动栅可以通过隧道（Fowler￣Nordheim）效应经基片充电或放电。这种效应使荷电载流子穿透薄薄的氧化层。穿过这个薄薄的绝缘层需要有足够大的电位差，这个绝缘层被称为隧道氧化层。源极和漏极之间的电流可以由加到浮动栅上的电荷来控制。也就是说，决定电流流通与否的这个浮动栅的状态就可以理解为逻辑0或逻辑1。

　　在控制栅上加一个高的正电压，就会使浮动栅充电。将在基片与浮动栅之间产生高电位差，从而使电子经隧道穿过氧化层到达浮动栅，所产生的电流以皮安（10-12A）计。现在浮动栅是负充电的，并在源极和漏极之间生成一个高阈值的电压，场效应晶体管被闭锁。在源极和漏极之间电流不能流过。这样，在浮动栅里储存的电子就等效于信息的储存。见图3所示。

　　图3  电荷泵电路的工作原理示意图（左边是充电，右边是放电。
　　充放电过程以极高的频率进行，从而在电荷泵的输出端产生一个脉动的直流高压）

　　使EEPROM单元充电时所需要控制栅的电压大约是17V，但在浮动栅处由于电容耦合作用这个电压减少到大约是12Y。然而，由于智能卡微控制器仅用3～5V电源电压工作，所以就需要一个电荷泵来产生所要求的电压。从原理上来说，电荷泵就是一个级联倍压电路。它从低输人电压中产生大约25V的输出电压，稳压后的输出电压大约等于所要求的17V。参见图3 所示。根据不同的结构，对EEPROM单元充电，每个存储器页面（1～32字节）需要的时间在3～10ms之间。

　　图4  EEPROM单元的充电

　　要擦除一个EEPROM单元，需要把一个负电压加到控制栅上。这样就使得电子离开浮动栅并返回到衬底上。现在EEPROM单元放电，而在源极和漏极之间的阈值电压降低，也就是说FET导通了，参见图5所示。

　　图5  EEPROM单元的放电

　　浮动栅也可以通过加热或强功率的辐射（如X射线或紫外辐射）来放电，这样也可以使之返回到“稳定”状态。这个状态对智能卡操作系统的设计来说至关重要，否则的话，有可能可以通过故意地改变环境条件而突破安全屏障。根据EEPROM的技术实现，这个稳定的状态可以对应地表示逻辑“0”或逻辑“1”，随每一智能卡微控制器而异，必要时应由制造厂家来认定。

　　EEPROM是几种存取次数有限的半导体存储器之一，它可以读无数次，但编程次数却有限，这种受限的原因在于它的结构。EEPROM单元的预期寿命取决于浮动栅和基片之间的隧道氧化层的类型、厚度和质量。由于这个氧化层是在半导体制造过程中较早的工序里完成的，所以在后道生产步骤中它自然会遭受到剧烈的热应力，这些应力可能导致氧化层的损坏，从而影响EEPROM单元的使用寿命。在生产过程中，每次向单元写人，隧道氧化层都要吸附一些没有释放的电子。这些吸附的电子会都靠近在源极和漏极之间的通道处，而一旦它们达到一定的数量，它们就会对阈值电位产生比存储在浮动栅的电荷还要强大的效应。当这种情况发生时，EEPROM单元就达到了其使用寿命的终点，但它还可以写。不过浮动栅上的电荷对在源极和漏极之间的通道特性的影响只有极小的程度，所以阈值电位总是保持为相同的数值。EEPROM的写人/擦除的次数有很大的不同，完全取决于它们的细微结构。在整个温度和电压范围之内，典型的寿命值范围是从10 000～1 000 000次。然而，在理想的电压和室温条件下寿命数值可能增加10～50倍。

　　当EEPROM单元已接近其寿命终点时，数据只能在单元里存储很短的时间。其时间间隔可能在几小时到几分钟间变化，甚至是几秒钟。EEPROM越是耗用得多，即隧道氧化层吸附的电子越多，则数据存储的时间间隔就越短，参见图6所示。

　　图6  EEPROM放电曲线（作为编程/擦除循环执行次数的函数的变化图）

　　由于绝缘损耗和量子力学的效应，充在浮动栅上的电荷超过一定时间后也会丢失。这种现象所需要的时间约在10～100年的范围之间。在这方面，值得关注的是充电的浮动栅对10 000～1 000 000个电子的吸附时间取决于其实现。目前，所有半导体制造商都保证数据保存10年。为了增加这个数值，可以通过重新编程来把EEPROM单元里的内容周期性地刷新。当然，这也是当数据要长时间保存时才有意义。

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