關(guān)于NAND Flash的一些小知識(shí)

前言

作為一名電子專業(yè)的學(xué)生，半導(dǎo)體存儲(chǔ)顯然是繞不過去的一個(gè)坎，今天聊一聊關(guān)于Nand Flash的一些小知識(shí)。

這里十分感謝深圳雷龍發(fā)展有限公司為博主提供的兩片CS創(chuàng)世SD NAND的存儲(chǔ)芯片，同時(shí)也給大家推薦該品牌的相關(guān)產(chǎn)品。

一、定義

存儲(chǔ)芯片根據(jù)斷電后是否保留存儲(chǔ)的信息可分為易失性存儲(chǔ)芯片（RAM）和非易失性存儲(chǔ)芯片（ROM）。

非易失性存儲(chǔ)器芯片在斷電后亦能持續(xù)保存代碼及數(shù)據(jù)，分為閃型存儲(chǔ)器 （Flash Memory）與只讀存儲(chǔ)器（Read-OnlyMemory），其中閃型存儲(chǔ)器是主流，而閃型存儲(chǔ)器又主要是NAND Flash 和NOR Flash。

NAND Flash 存儲(chǔ)單元尺寸更小，存儲(chǔ)密度更高，單位容量成本更低，塊擦/寫速度快， 具有更長的壽命，多應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如智能手機(jī)、PC、平板電腦、U 盤、固態(tài)硬盤、服務(wù)器等領(lǐng)域。

NOR Flash 讀取速度更快，具備可在芯片內(nèi)執(zhí)行程序（XIP）的特點(diǎn)，在傳輸效率、穩(wěn)定性和可靠性方面更具優(yōu)勢，通常用于小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，適宜中等容量代碼存儲(chǔ)（通常在 1Mb~1Gb），在計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子（智能手機(jī)、TV、TWS 耳機(jī)、可 穿戴設(shè)備）、安防設(shè)備、汽車電子（ADAS、車窗控制、儀表盤）等領(lǐng)域均有應(yīng)用。

二、NAND Flash

NAND Flash的存儲(chǔ)單元是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最小單位，目前閃存已經(jīng)由數(shù)千億個(gè)存儲(chǔ)單元組成，通過將電子移入和移出封閉在絕緣體中的電荷存儲(chǔ)膜來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

NAND Flash存儲(chǔ)器使用浮柵晶體管，它能在沒有電源的情況下存儲(chǔ)信息。所有的電路都依賴于某種能量來使整個(gè)電池的電荷產(chǎn)生差異，這種能量迫使電子穿過柵極，Nand閃存的浮動(dòng)?xùn)艠O系統(tǒng)通過使用第二個(gè)柵極在電子穿過電池時(shí)收集和捕獲一些電子， 這使得粘在浮柵上的電子在沒有電壓的情況下保持原位，在這一過程中不管是否有電源連 接，芯片都能繼續(xù)存儲(chǔ)下一個(gè)值。

NAND Flash 為大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案，是目前全球市場大容量非易失存儲(chǔ)的主流技術(shù)方案。

三、NAND Flash分類

NAND閃存卡的主要分類以NAND閃存顆粒的技術(shù)為主，NAND閃存顆粒根據(jù)存儲(chǔ)原理分為SLC、MLC、TLC和QLC，從結(jié)構(gòu)上又可分為2D、3D兩大類。

Flash按技術(shù)主要分為SLC、MLC、TLC和QLC四大類，對(duì)應(yīng)不同的空間結(jié)構(gòu)，這四類技術(shù)可又分為2D結(jié)構(gòu)和3D結(jié)構(gòu)兩大類；2D結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元僅布置在芯片的XY平面中，為了提高存儲(chǔ)密度，制造商開發(fā)了3D NAND或V-NAND(垂直NAND)技術(shù)，該技術(shù)將Z平面中的存儲(chǔ)單元堆疊在同一晶圓上。

3D NAND, 即立體堆疊技術(shù)，如果把2D NAND看成平房，那么3D NAND就是高樓大廈，建筑面積成倍擴(kuò)增，理論上可以無限堆疊，可以擺脫對(duì)先進(jìn)制程工藝的束縛，同時(shí)也不依賴于極紫外光刻（EUV）技術(shù)。

與2D NAND縮小Cell提高存儲(chǔ)密度不同的是，3D NAND只需要提高堆棧層數(shù)，目前多種工藝架構(gòu)并存。從2013年三星推出了第一款24層SLC/MLC 3D V-NAND，到現(xiàn)在層數(shù)已經(jīng)邁進(jìn)200+層，并即將進(jìn)入300+層階段。目前，三星/西部數(shù)據(jù)/海力士/美光/鎧 俠等幾乎壟斷了所有市場份額，并且都具有自己的特殊工藝架構(gòu)，韓系三星/海力士的CTF，美系鎂光/英特爾的FG，國內(nèi)長江存儲(chǔ)的X-tacking。

隨著堆棧層數(shù)的增加，工藝也面臨越來越多的挑戰(zhàn)，對(duì)制造設(shè)備和材料也提出了更多的要求。主要包括以下幾個(gè)方面：

1）ONON薄膜應(yīng)力：隨著器件層數(shù)增加，薄膜應(yīng)力問題越發(fā)凸顯，會(huì)影響后續(xù)光刻對(duì)準(zhǔn)精度；

2）高深寬比通孔刻蝕：隨著深寬比增加，刻蝕難度會(huì)顯著增加，容易出現(xiàn)刻蝕不完全、通孔結(jié)構(gòu)扭曲等問題；

3）WL臺(tái)階的設(shè)計(jì)與刻蝕：垂直管狀環(huán)柵結(jié)構(gòu)的器件需要刻蝕出精確的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，保障CT能打到對(duì)應(yīng)位置，而隨著層數(shù)增加， 工藝難度加大，需要重新設(shè)計(jì)WL臺(tái)階結(jié)構(gòu)。

四、品牌推薦——雷龍發(fā)展代理CS創(chuàng)世SD NAND

對(duì)于電子這一專業(yè)來說，僅僅從書面上了解一款電子元件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠格的，上手實(shí)踐才是第一要義。

這里十分感謝深圳雷龍發(fā)展有限公司為博主提供的兩片SD NAND的存儲(chǔ)芯片，同時(shí)也給大家推薦該品牌的相關(guān)產(chǎn)品。

博主拿到手上的芯片型號(hào)為：CSNP4GCR01-AMW，其性能如下

這款存儲(chǔ)芯片作為博主正在完成的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中表現(xiàn)優(yōu)異，性能良好，是作為存儲(chǔ)工具的不二選擇。

審核編輯 黃宇