什么是DRAM？DRAM存储单元电路读写原理
什么是dram？
dram（动态随机存储器）在日常生活中还有一个亲切称呼叫内存条，利用电容储存电荷多少来存储数据，需要定时刷新电路克服电容漏电问题，读写速 度比sram慢，常用于容量大的主存储器，如计算机、智能手机、服务器内存等。
dram历史与发展：早期存储器的发展史
1942年，世界上第一台电子数字计算机atanasoff-berry computer（abc）诞生，使用再生电容 磁鼓存储器存储数据。 1946年，随机存取存储器（ram）问世，静电记忆管能在真空管内使用静电荷存储大约4000字节数据。 1947年，延迟线存储器被用于改良雷达声波。延迟线存储器是一种可以重刷新的存储器，仅能顺序存取 。同年磁芯存储器诞生，这是随机存取存储器（ram）的早期版本。 1951年，磁带首次被用于计算机上存储数据，在univac计算机上作为主要的i/o设备，称为univaco ，这就是商用计算机史上的第一台磁带机。
1956年，世界上第一个硬盘驱动器出现在了ibm的ramac 305计算机中，标志着磁盘存储时代的开始。该计算机是第一台提供随机存取数据的计算机，同时还使用了磁鼓和磁芯存储器。 1965年，美国物理学家russell发明了只读式光盘存储器（cd-rom），1966年提交了专利申请。1982 年，索尼和飞利浦公司发布了世界上第一部商用cd音频播放器cdp-101，光盘开始普及。
1966年，dram被发明。ibm thomas j. watson 研究中心的robert h. dennard发明了动态随机存取 存储器（dram），并于1968年申请了专利。 1970年，intel公司推出第一款商用dram芯片intel 1103，彻底颠覆了磁存储技术。dram的出现解决 了磁芯存储器体积庞大，运行速度慢，存储密度低及能耗较高等问题。
dram分类
dram主要可以分为ddr（double data rate）系列、lpddr（low power double data rate）系列和gddr（graphics double data rate）系列、hbm系列。 ddr是内存模块中使输出增加一倍的技术，是目前主流的内存技术。lpddr具有低功耗的特性，主要应用于便携设备。gddr一般会匹配使用高性能显卡共同使用，适用于具有高带宽图形计算的领域。
云计算、大数据的兴起，服务器的数据容量和处理速度在不断提高，推动了ddr技术的升级 迭代，目前市场上主流技术规范为ddr4和lpddr4，ddr5技术即将进入商用领域。
dram未来技术及制程
dram从2d架构转向3d架构是未来的主要趋势之一。3d dram是将存储单元（cell）堆叠至逻辑单元 上方以实现在单位晶圆面积上产出上更多的产量,这里主要通过改变电容设计实现，从平面电容到深槽电容再到堆叠电容，相较于普通的平面dram，3d dram可以有效降低 dram的单位成本。
其他发展路径：采用铁电材料的设计电容（ferro capacitor）以延长dram位元格储存电荷的时间延长。具有改善dram的资料保存时间（retention time），减小刷新的负担、快速开启或关闭低功耗模式、实 现更低的备用功耗，以及进一步推动dram的规模化等优点。使用低漏电流沉积的薄膜晶体管（thin-film transistor），例如氧化铟镓锌，来取代dram位元格内的硅基晶体管，以大幅降低储存单元的面积。
dram存储单元结构 内存芯片基本单元结构（dram memory cell circuit)
wl(x)：字节线(word line)，x地址寻址线（row address）；
bl(y)：比特线（bit line),y地址寻址线（column address)和数据出入输出线(data in/out);
transistor : 金属氧化物半导体场效应(mos)晶体管开关;
capacitor: 电荷储能单元即电容。
备注：内存芯片中每个单元都有以字节线和比特线组合的独立地址。以2016年主流4gb单面8芯片内存条为例，每粒内存芯片有4g个独立地址。
dram存储单元电路读写原理
上图，存储单元电路。
dram芯片工作原理
最早、最简单也是最重要的一款dram 芯片是intel 在1979 年发布的2188，这款芯片是16kx1 dram 18 线dip 封装。“16k x 1”的部分意思告诉我们这款芯片可以存储16384个bit 数据，在同一个时期可以同时进行1bit 的读取或者写入操作。
如上，dram2188芯片引脚图。
上图，2188内部架构。 dram2188内部有/ras(row address strobe：行地址脉冲选通器)引脚控制的行地址门闩线路（row address latch）和由/cas(column address strobe：列地址脉冲选通器)引脚控制的列地址门闩线路（columnaddress latch）。
如上，存储（读取）流程图。
1)通过地址总线将行地址传输到地址引脚 2)/ras 引脚被激活，这样行地址被放入到行地址选通电路中 3) 行地址解码器（ row address decoder）选择正确的形式然后送到传感放大器（ sense amps） 4)/we 引脚被确定不被激活，所以dram 知道它不会进行写入操作 5)列地址通过地址总线传输到地址引脚 6)/cas 引脚被激活，这样列地址被放入到列地址选通电路中 7)/cas 引脚同样还具有/oe 引脚的功能，所以这个时候dout 引脚知道需要向外输出数据。 8) /ras 和/cas 都不被激活，这样就可以进行下一个周期的数据操作了。 其实dram 写入的过程和读取过程是基本一样的，所以如果你真的理解了上面的过程就能知道写入过程了，所以这里就不赘述了。（只要把第4 步改为/we 引脚被激活就可以了）。
dram存储单元电路的半导体芯片实现
上图，存储单元单路芯片剖面图。
存储电容的蚀刻流程： 以深槽电容器制程为例分为3个阶段； （1）深槽蚀刻制程 （2）电容介电层及上下基板制程 （3）埋藏式连接带bs的形成
上图，深槽蚀刻制程。
上图，介电层上下基板制程。
上图，bs形成制程。
mos管工艺简介： 这就是一个 nmos 的结构简图，一个看起来很简单的三端元器件。具体的制造过程就像搭建积木一样，在一定的地基（衬底）上依据设计一步步“盖”起来，大致要经过以下步骤： （1）单晶硅切片，研磨，抛光 （2）清洗后，再生长一层二氧化硅 （3）一次光刻 （4）扩散工艺掺杂 （5）二次光刻 （6）真空镀铝 （7）反刻电极 （8）合金 （9）挑选管芯焊盘，键合引线 （10）中测 （11）封装 （12）终测
上图，mos管剖面结构图。
上图，mos管立体芯片图。
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dram主要可以分为ddr（double data rate）系列、lpddr（low power double data rate）系列和gddr（graphics double data rate）系列、hbm系列。 ddr是内存模块中使输出增加一倍的技术，是目前主流的内存技术。lpddr具有低功耗的特性，主要应用于便携设备。gddr一般会匹配使用高性能显卡共同使用，适用于具有高带宽图形计算的领域。
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capacitor: 电荷储能单元即电容。
备注：内存芯片中每个单元都有以字节线和比特线组合的独立地址。以2016年主流4gb单面8芯片内存条为例，每粒内存芯片有4g个独立地址。
dram存储单元电路读写原理
上图，存储单元电路。
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上图，mos管剖面结构图。
上图，mos管立体芯片图。
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