🚣🏽 🔁 👌🏼 3D NAND闪存技术 🤳🏻 ➿ 👩🏼‍🤝‍👩🏻

大家好！如您所知，现代NAND平面闪存几乎耗尽了其潜力。其主要问题是减小晶体尺寸变得越来越困难。据专家称，至少在不久的将来，14-15 nm技术标准将成为平面闪存的极限。并且它将被“垂直”闪存技术-3D NAND所取代。

了解什么因素阻止晶体尺寸的进一步减小是非常重要的。首先，开发更精细的制造工艺需要昂贵的设备，从经济的角度来看，将来可能不宜购买该设备。而且，如果购买新的光刻机是一个可解决的问题，那么电荷从一个单元流到另一个单元的问题就不会那么容易解决，因为这会导致错误。

简而言之，该行业发现自己处于耗尽普通，平面闪存资源的状况。因此，这个想法不仅将细胞放置在平面中，而且将它们放置在层中。因此，该芯片具有三维结构，并且与二维晶体相比，能够在单位面积上保存更多的信息。该技术称为3D NAND。立即值得注意的是，制造商使用各种技术来创建三维存储器，因此每个公司的3D NAND架构可能都有其自身的特点和差异。

韩国巨人三星公司是第一家建立三维闪存产品生产的公司，这种产品称为3D V-NAND，并以此为基础进行驱动。早在2013年，他们宣布发布了首个具有24层的三维MLC芯片。一年后，一个3D实施方案收到了TLC闪存，其层数增加到32。

如您所知，平面闪存的设计基于浮栅晶体管。浮动快门具有长时间保持电荷的能力。事实证明，这是设计的主要缺点：当技术过程由于电池的磨损而减少时，电荷会从一个电池流到另一个电池。为了解决此问题，三星使用了3D Charge Trap Flash技术，这在英语中表示“ charge trap”。

其本质在于，电荷现在不放置在浮栅中，而是放置在由非导电材料（在这种情况下为氮化硅（SiN））制成的单元的隔离区域中。这减少了电荷“泄漏”的可能性，并增加了电池的可靠性。

除其他外，使用CTF技术使存储芯片更经济。据三星称，与平面内存相比，节省的空间可达到40％。

3D V-NAND三维单元是一个圆柱体，其外层是控制栅极，内部是绝缘体。电池彼此叠置并且形成堆叠，在电池内部通过由所有电池共用的由多晶硅制成的圆柱形通道。堆栈中的单元数等于闪存的层数。

3D V-NAND存储器也拥有更高的速度。这是通过简化用于写入单元的算法来实现的-现在，仅执行一项操作，而不是三项操作。由于单元之间的干扰较少，因此简化了算法。在平面存储器的情况下，由于相邻单元之间可能存在干扰，因此在记录之前需要进行其他分析。垂直存储器没有这个问题，并且记录是一步完成的。

好吧，关于可靠性的几句话。 3D V-NAND内存不需要高电压将信息写入单元，因此不易磨损。回想一下，为了将数据放置在平面存储单元中，需要施加20 V的电压，而对于三维存储，此指标较低。三维闪存的生产不需要微妙的技术标准这一事实对可靠性产生了有利的影响。例如，使用经过调试的40 nm工艺技术生产具有48层的第三代3D V-NAND存储器。

当三星亏本生产三维闪存芯片时（顺便说一句，这是由一家韩国公司正式确认的），而其他闪存制造商正在开发竞争技术。因此，东芝公司和SanDisk公司合作发布了三维闪存BiCS 3D NAND（可扩展比特成本）。

在一项东芝的努力下，这项技术的工作始于2007年，并于2009年展示了三维闪存BiCS的首批样品。从那时起，技术的发展一直没有加快。此外，东芝/ SanDisk联盟明确表示，除非在经济上可行，否则他们不会将3D闪存投入批量生产。

与三星3D V-NAND一样，东芝3D闪存和平面闪存之间的主要区别是使用CTF技术代替了传统的浮栅晶体管。氮化硅（SiN）也用作隔离区的材料。 BiCS 3D NAND中的技术操作原理保持不变：信息没有像以前那样放置在浮栅中，而是放置在隔离的区域中。

BiCS 3D NAND与3D V-NAND技术的区别在于使用U形线（线）。这意味着这些单元格不是按行分组，而是按U形顺序分组。据东芝公司称，这种方法可以使您获得最大的可靠性和速度。由于在U形设计中，开关晶体管和源极线位于序列的上部（而不是在下部，如“ in-line”设计），因此没有可能受到高温的影响，因此减少了读写时的错误数量，从而使之成为可能。。

而且，这种设计不需要在深紫外线辐射中使用光刻的事实也与U形设计的优点有关。因此，对于制造三维闪存，该公司可以使用现有的生产设施。

有趣的是，在BiCS 3D NAND东芝的首次量产中，它将使用薄膜晶体管（TFT）技术。

至于BiCS芯片的技术特性，它们将是48层TLC型存储晶体。它们的密度将为256 Gbps。在生产过程中，将使用经过调试的30-40 nm制造工艺。通常，第一批BiCS 3D NAND芯片的特性将与第三代Samsung 3D V-NAND晶体非常相似。

美光/英特尔联盟也正在开发自己的三维闪存。许多专家预测，所有3D NAND项目都将使用CFT技术，但与英特尔合作的美光公司让所有人感到惊讶，并采取了不同的方法。它们的三维闪存的基础是带有浮动百叶窗的单元。美光公司认为，正是这种架构使您可以更可靠地将电荷存储在电池中。

此外，3D NAND使用CMOS Under the Array技术。其含义是，所有控制逻辑并不像2D NAND那样位于存储器阵列旁边，而是位于其下方。这样的设计使您可以释放多达20％的芯片面积，并将存储单元放置在该位置。

美光公司承诺今年将批量生产三维闪存芯片。它们将是密度为256 Gbit（MLC）和384 Gbit（TLC）的32层晶体。

对SK Hynix 3D闪存架构知之甚少。最初，这家韩国公司计划使用带浮动百叶窗的单元，但最终选择了CTF技术。今年，SK Hynix承诺最终将开始批量生产3D NAND。这些将是48层256 Gb TLC芯片。

对于OCZ，基于BiCS三维闪存的BiCS SSD的输出当然也包括在我们的近期计划中。新设备的发布日期将取决于东芝，东芝承诺将在今年下半年安排BiCS 3D NAND芯片的供应。

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