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电荷捕获型3D NAND 技术解析
资料介绍
一、技术发展背景
随着大数据、人工智能和移动互联网的快速普及，消费电子、数据中心对存储容量的需求呈现指数级增长，传统平面2D NAND闪存由于物理尺寸微缩已经接近技术瓶颈，在20nm以下工艺节点，浮栅型NAND的电荷泄漏、串扰干扰和可靠性问题愈发严重，摩尔定律在存储芯片领域逐渐难以为继，三维堆叠成为突破容量瓶颈的核心方向，电荷捕获型技术也由此成为3D NAND架构的主流方案。
在电荷捕获型技术商用之前，主流NAND闪存一直采用浮栅结构存储数据，浮栅位于控制栅和沟道之间，通过绝缘氧化层与周围隔离，注入浮栅的电子数量代表不同存储状态，但当单元尺寸不断缩小，浮栅与浮栅之间的距离越来越近，相邻单元的干扰会大幅提升，浮栅绝缘层厚度也无法继续降低，否则会出现严重的电荷泄漏，导致数据保存时间缩短，可靠性大幅下降。而电荷捕获型结构通过绝缘介质中的陷阱位点存储电荷，不需要独立导电浮栅，从结构上解决了单元微缩和堆叠带来的干扰问题，完美适配三维垂直堆叠的设计需求。
二、核心结构与存储原理
2.1 基本单元结构
电荷捕获型3D NAND存储单元的核心结构从沟道向外依次为：硅衬底（或多晶硅沟道）、隧穿氧化层、电荷捕获层、阻挡氧化层和控制栅极，与传统浮栅结构存在本质区别：浮栅是一层多晶硅导电层，而电荷捕获层是绝缘介质，通常采用氮化硅（Si₃N₄）材料，氮化硅中存在大量陷阱位点，能够捕获注入的电子，实现电荷存储。
在三维堆叠架构中，电荷捕获型3D NAND通常采用栅极先围（Gate-All-Around, GAA）设计，控制栅极完全包围圆柱形沟道，能够最大化控制栅对沟道的电场调控能力，降低漏电流，抑制短沟道效应，大幅提升单元的电流开关比，相比平面结构和半包围结构，GAA架构结合电荷捕获设计，能够实现更高的单元密度和更好的稳定性。
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