3 डी नंद फ्लैश प्रौद्योगिकी

सभी को नमस्कार! जैसा कि आप जानते हैं, आधुनिक नंद प्लानर फ्लैश मेमोरी ने अपनी क्षमता लगभग समाप्त कर दी है। इसकी मुख्य समस्या यह है कि क्रिस्टल के आकार को कम करना कठिन होता जा रहा है। विशेषज्ञों के अनुसार, 14-15 एनएम तकनीकी मानक कम से कम निकट भविष्य में प्लेनर फ्लैश मेमोरी की सीमा बन जाएंगे। और यह "ऊर्ध्वाधर" फ्लैश मेमोरी - 3 डी नंद की तकनीक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा।

यह समझना बहुत महत्वपूर्ण है कि क्रिस्टल के आकार में और कमी को क्या रोकता है। सबसे पहले, महीन विनिर्माण प्रक्रियाओं के विकास के लिए महंगे उपकरण की आवश्यकता होती है, जिसकी खरीद को आर्थिक दृष्टिकोण से भविष्य में उचित नहीं ठहराया जा सकता है। और अगर नई लिथोग्राफिक मशीनों का अधिग्रहण एक हल करने योग्य समस्या है, तो चार्ज की समस्या एक सेल से दूसरे में प्रवाहित होती है, जिसके कारण त्रुटियां होती हैं, जिन्हें हल करना इतना आसान नहीं है।

संक्षेप में, उद्योग ने खुद को एक ऐसी स्थिति में पाया जहां साधारण, प्लानेर, फ्लैश मेमोरी के संसाधन समाप्त हो गए थे। इसलिए, न केवल विमान में, बल्कि परतों में भी कोशिकाओं को रखने का विचार आया। इस प्रकार, चिप एक त्रि-आयामी संरचना प्राप्त करता है और दो-आयामी क्रिस्टल की तुलना में प्रति इकाई क्षेत्र में अधिक जानकारी रखने में सक्षम है। तकनीक को 3D NAND कहा जाता है। यह तुरंत ध्यान देने योग्य है कि निर्माता तीन-आयामी मेमोरी बनाने के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग करते हैं, इसलिए प्रत्येक कंपनी के लिए 3 डी नंद की वास्तुकला की अपनी विशेषताओं और अंतर हो सकते हैं।

3 डी वी-एनएएनडी और उन पर आधारित ड्राइव नामक तीन आयामी फ्लैश मेमोरी के उत्पादन को स्थापित करने वाली पहली कंपनी कोरियाई विशाल सैमसंग थी। 2013 में वापस, उन्होंने 24 परतों के साथ पहले तीन-आयामी एमएलसी चिप्स को जारी करने की घोषणा की। और एक साल बाद, एक 3 डी कार्यान्वयन में एक टीएलसी फ्लैश मेमोरी प्राप्त हुई, जिसकी परतों की संख्या बढ़कर 32 हो गई।

जैसा कि आप जानते हैं, एक प्लैनर फ्लैश मेमोरी का डिज़ाइन फ्लोटिंग गेट ट्रांजिस्टर पर आधारित है। फ्लोटिंग शटर में लंबे समय तक चार्ज रखने की क्षमता होती है। जैसा कि यह निकला, यह डिजाइन का मुख्य दोष है: जब कोशिकाओं के पहनने के कारण तकनीकी प्रक्रिया कम हो जाती है, तो चार्ज एक सेल से दूसरे में जा सकता है। इस समस्या को हल करने के लिए, सैमसंग 3 डी चार्ज ट्रैप फ्लैश तकनीक का उपयोग करता है, जिसका अर्थ अंग्रेजी में "चार्ज ट्रैप" है।

इसका सार इस तथ्य में निहित है कि चार्ज अब एक फ्लोटिंग गेट में नहीं रखा गया है, लेकिन गैर-प्रवाहकीय सामग्री से बने सेल के एक अलग क्षेत्र में, इस मामले में, सिलिकॉन नाइट्राइड (SiN)। इससे चार्ज के "रिसाव" की संभावना कम हो जाती है और कोशिकाओं की विश्वसनीयता बढ़ जाती है।

अन्य बातों के अलावा, सीटीएफ तकनीक के उपयोग ने मेमोरी चिप्स को अधिक किफायती बना दिया है। सैमसंग के अनुसार, प्लानर मेमोरी की तुलना में बचत 40% तक पहुंच सकती है।

3 डी वी-नंद तीन आयामी सेल एक सिलेंडर है, जिसकी बाहरी परत एक नियंत्रण द्वार है, और आंतरिक एक इन्सुलेटर है। कोशिकाएं एक के ऊपर एक स्थित होती हैं और एक स्टैक बनाती हैं, जिसके अंदर सभी कोशिकाओं के लिए पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से बना एक बेलनाकार चैनल गुजरता है। स्टैक में कोशिकाओं की संख्या फ्लैश मेमोरी की परतों की संख्या के बराबर है।

3 डी वी-नंद स्मृति भी एक उच्च गति समेटे हुए है। यह सेल में लिखने के लिए एल्गोरिथ्म को सरल बनाने के द्वारा प्राप्त किया गया था - अब, तीन ऑपरेशनों के बजाय, केवल एक प्रदर्शन किया जाता है। एल्गोरिथ्म का सरलीकरण कोशिकाओं के बीच कम हस्तक्षेप के कारण संभव हुआ। प्लेनर मेमोरी के मामले में, पड़ोसी कोशिकाओं के बीच संभावित हस्तक्षेप के कारण, रिकॉर्डिंग से पहले अतिरिक्त विश्लेषण की आवश्यकता थी। वर्टिकल मेमोरी इस समस्या से मुक्त है और रिकॉर्डिंग एक चरण में की जाती है।

खैर, विश्वसनीयता के बारे में कुछ शब्द। 3 डी वी-नंद मेमोरी इस तथ्य के कारण पहनने के लिए अतिसंवेदनशील कम है कि इसे सेल को जानकारी लिखने के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता नहीं है। याद रखें कि प्लानर मेमोरी सेल में डेटा रखने के लिए, लगभग 20 V का वोल्टेज लागू किया जाता है। त्रि-आयामी मेमोरी के लिए, यह संकेतक कम है। विश्वसनीयता इस तथ्य से अनुकूल रूप से प्रभावित हुई कि तीन आयामी फ्लैश मेमोरी के उत्पादन के लिए सूक्ष्म तकनीकी मानकों की आवश्यकता नहीं है। उदाहरण के लिए, 48 परतों वाली 3D V-NAND मेमोरी की तीसरी पीढ़ी एक डिबग्ड 40 एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करके उत्पादित की जाती है।

जबकि सैमसंग एक नुकसान में 3 डी फ्लैश मेमोरी चिप्स का उत्पादन कर रहा था (जो, संयोग से, एक कोरियाई कंपनी द्वारा आधिकारिक तौर पर पुष्टि की गई थी), अन्य फ्लैश मेमोरी निर्माता प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकियों का विकास कर रहे थे। तो, तोशिबा और सैनडिस्क ने मिलकर एक तीन आयामी फ्लैश मेमोरी बीसीएस 3 डी नंद (बिट कॉस्ट स्केलेबल) जारी की।

2007 में एक तोशिबा के प्रयासों से तकनीक पर काम शुरू हुआ और 2009 में तीन आयामी फ्लैश मेमोरी बीसीएस के पहले नमूनों का प्रदर्शन किया गया। तब से, प्रौद्योगिकी के विकास को गति नहीं मिली है। इसके अलावा, तोशिबा / सैनडिस्क गठबंधन ने यह स्पष्ट किया कि वे बड़े पैमाने पर उत्पादन में 3 डी फ्लैश मेमोरी नहीं डाल रहे थे जब तक कि यह आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं था।

तोशिबा 3 डी फ्लैश मेमोरी और प्लानर फ्लैश के बीच मुख्य अंतर, सैमसंग 3 डी वी-नंद के मामले में, क्लासिक फ्लोटिंग गेट ट्रांजिस्टर के बजाय सीटीएफ तकनीक का उपयोग है। सिलिकॉन नाइट्राइड (SiN) पृथक क्षेत्र के लिए सामग्री के रूप में भी कार्य करता है। बीसीएसएस 3 डी नंद में प्रौद्योगिकी के संचालन का सिद्धांत एक ही रहता है: जानकारी पहले की तरह फ्लोटिंग गेट में नहीं रखी जाती है, लेकिन एक अलग क्षेत्र में।

3D V-NAND तकनीक से BiCS 3D NAND को क्या अलग करता है, यह U- आकार की रेखाओं (लाइनों) का उपयोग है। इसका मतलब यह है कि कोशिकाओं को एक पंक्ति में नहीं रखा गया है, लेकिन यू-आकार के अनुक्रम में। तोशिबा के अनुसार, यह दृष्टिकोण आपको अधिकतम विश्वसनीयता और गति प्राप्त करने की अनुमति देता है। यह इस तथ्य के कारण संभव हो गया कि यू-आकार के डिजाइन में स्विचिंग ट्रांजिस्टर और सोर्स लाइन अनुक्रम के ऊपरी भाग में स्थित हैं (और निचले एक में नहीं, जैसा कि "इन-लाइन" डिज़ाइन में है) और उच्च तापमान प्रभावों के संपर्क में नहीं हैं, जिसके परिणामस्वरूप पढ़ने और लिखने में त्रुटियों की संख्या कम हो जाती है। ।

इसके अलावा, इस तरह के डिजाइन को गहरे पराबैंगनी विकिरण में फोटोलिथोग्राफी के उपयोग की आवश्यकता नहीं है, यह भी यू-आकार के डिजाइन के फायदों से संबंधित है। इसलिए, त्रि-आयामी फ्लैश मेमोरी के निर्माण के लिए, कंपनी मौजूदा उत्पादन सुविधाओं का उपयोग कर सकती है।

यह भी दिलचस्प है कि बड़े पैमाने पर पहली बार BiCS 3D NAND तोशिबा के उत्पादन में पतली-फिल्म ट्रांजिस्टर (TFT) की तकनीक का उपयोग किया जाएगा।

BiCS चिप्स की तकनीकी विशेषताओं के लिए, ये 48-लेयर TLC प्रकार के मेमोरी क्रिस्टल होंगे। उनका घनत्व 256 Gbps होगा। उत्पादन के दौरान, डिबग्ड 30-40 एनएम विनिर्माण प्रक्रिया का उपयोग किया जाएगा। सामान्य तौर पर, पहले बड़े बायसीएस 3 डी नंद चिप्स की विशेषताएं सैमसंग 3 डी वी-नंद क्रिस्टल की तीसरी पीढ़ी के समान होगी।

माइक्रोन / इंटेल एलायंस भी अपनी तीन आयामी फ्लैश मेमोरी विकसित कर रहा है। कई विशेषज्ञों ने भविष्यवाणी की कि सभी 3 डी नंद परियोजनाएं सीएफटी तकनीक का उपयोग करेंगी, लेकिन इंटेल के साथ माइक्रोन ने सभी को आश्चर्यचकित किया और एक अलग रास्ता लिया। उनकी तीन आयामी फ्लैश मेमोरी का आधार फ्लोटिंग शटर वाली कोशिकाएं हैं। माइक्रोन का तर्क है कि यह यह वास्तुकला है जो आपको सेल में चार्ज को अधिक विश्वसनीय रूप से संग्रहीत करने की अनुमति देता है।

इसके अलावा, 3D NAND CMOS अंडर ऐरे तकनीक का उपयोग करता है। इसका अर्थ यह है कि सभी नियंत्रण तर्क मेमोरी सरणी के बगल में स्थित नहीं है, जैसा कि 2 डी नंद में है, लेकिन इसके तहत। इस तरह की डिज़ाइन आपको चिप क्षेत्र के 20% तक मुक्त करने और इस जगह में मेमोरी सेल लगाने की अनुमति देती है।

माइक्रोन इस साल बड़े पैमाने पर तीन आयामी फ्लैश मेमोरी चिप्स का उत्पादन करने का वादा करता है। ये 256-Gbit (MLC) और 384 Gbit (TLC) के घनत्व के साथ 32-लेयर क्रिस्टल होंगे।

एसके हाइनिक्स 3 डी फ्लैश आर्किटेक्चर के बारे में ज्यादा जानकारी नहीं है। प्रारंभ में, दक्षिण कोरियाई कंपनी ने एक फ्लोटिंग शटर के साथ एक सेल का उपयोग करने की योजना बनाई, लेकिन अंत में यह पसंद CTF तकनीक पर गिर गई। इस साल, SK Hynix अंततः 3 डी नंद के बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने का वादा करता है। ये 48-लेयर 256 Gb TLC चिप होगी।

OCZ के लिए, BiCS SSDs का उत्पादन BiCS थ्री-डायमेंशनल फ्लैश मेमोरी पर आधारित है, बेशक, हमारी तात्कालिक योजनाओं में शामिल है। नए उपकरणों की रिलीज की तारीख तोशिबा पर निर्भर करेगी, जो इस साल की दूसरी छमाही में बायसीएस 3 डी नंद चिप्स की आपूर्ति की व्यवस्था करने का वादा करती है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi391899/