Hard du Hard • Technologies de Mémoires — partie 2/3

Mémoire morte (mais qui bouge encore) : la ROM

En utilisant des portes logiques (ET, OU, !OU, !ET), il est possible de créer un système dans lequel vous entrez une valeur et vous recevez une réponse prévisible (une sortie de données). C’est ce qu’on appelle une look-up table. Très vite, on commence à utiliser ceci plus uniquement pour faire des calculs, mais aussi associer des valeurs à des adresses. On a appelé ça la mémoire en lecture seule (read-only memory, ou ROM).

Au début des années 60, la ROM était réalisée à l'aide de réseaux de transistors discrets sur un circuit imprimé. La mémoire ne pouvait être éditée qu'en changeant les circuits manuellement. Lorsque la première mémoire à circuit intégré a été introduite en 1965, elle était aussi rapide d'accès que la technologie silicium qui la composait le permettait, mais ni modifiable ni bon marché.

La look-up table et le code du programme qu'elle stockait étaient câblés manuellement dans les dernières couches de liaisons métalliques entre les diodes. Il fallait donc une puce différente par programme ! En 1969, la première PROM (Programmable Read-Only Memory) est commercialisée : elle peut être programmée par l’utilisateur en brûlant (définitivement) des fusibles sélectionnés entre des diodes à haute tension.

Interconnexions métalliques de ROM à fusibles

D’autres PROM proposaient aux programmeurs une grille complète pour le dernier niveau de la puce et leur demandaient de gratter le métal entre les contacts avec une pointe pour coder leurs look-up tables.

Schéma en coupe des premières ROM

Les progrès dans la fabrication et la conception du silicium ont permis aux circuits intégrés de rivaliser avec la mémoire discrète en termes de coûts dès le début des années 70.

L'invention du transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur à grille flottante (FGMOSFET) et l'utilisation de la grille flottante comme stockage de mémoire ont permis de fabriquer les puces de mémoire en masse avec du silicium. Dans un FGMOSFET, les informations sont stockées sous forme de charge piégée dans la grille flottante ou son absence. La présence d'une charge dans la grille flottante ouvre le passage du courant entre la source et le drain, l'absence de charge le ferme — ou inversement.

Schéma en coupe des premières EPROM à grille flottantes

Et en plus, cela a rendu la mémoire effaçable par une forte lumière UV : c'est la mémoire morte programmable effaçable (EPROM). Le développement d'une PROM pouvant être écrite et lue avec uniquement de l'électricité a duré pendant toutes les années 70, les produits lancés par divers fabricants utilisaient l'injection de porteurs chauds à avalanche pour effacer les données dans la grille flottante. Ces produits sont donc des PROM effaçables électriquement (EEPROM).

Cependant, ce phénomène endommageait la cellule mémoire : le nombre de cycles de lecture/écriture était limité. Cette base théorique a été utilisée jusqu'à la sortie de l'Intel 2816, en 1979. Cette cellule mémoire utilisait l’effet tunnel de Fowler-Nordheim plutôt que le claquage de tension inverse.

Schéma en coupe des premières EEPROM

Chaque bit de données est stocké dans deux transistors : un pour la lecture et un pour l'écriture. Les autres sous-composants d'une EEPROM comprennent des bus de données et des horloges.

Les EEPROM vont le plus souvent être réalisées en technologie de fabrication planaire assez ancienne, où la fiabilité des composants permet d’assurer la non-volatilité. L’EEPROM est toujours un élément de base de l'industrie électronique et est largement utilisée, son volume de ventes mondial annuel étant d'environ 800 millions de dollars en 2020 et toujours en croissance.