3D NAND技术的应用发展及发展前景

3D NAND的技术特点及优势

随着NAND Flash纳米制程技术不断向下微缩而技术瓶颈越发凸显，毕竟半导体制程微缩逼近极限，微影技术成为最大挑战，虽然全球半导体都压宝在极紫外光(EUV)机台身上，然而NAND Flash马上要进入1x/1y纳米制程阶段后，微缩瓶颈就在眼前，EUV技术远水救不了近火，因此各种不同的NAND Flash架构被提出，而其中3D NAND Flash技术经过几年时间的沉淀后也越发逐渐走向成熟，也成为目前业界最快且有效的解决方案。

3D NAND技术与现有的2D NAND(纳米制程技术)截然不同，2D NAND是平面化的结构，而3D V-NAND是立体结构。3D NAND的立体结构是使用3D存储单元阵列来提高现有工艺制程下的单元密度和数据容量，以垂直半导体通道的方式排列，多层环绕式栅极(GAA)结构形成多电栅级存储器单元晶体管，可以有效的降低堆栈间的干扰。并且使用3D NAND技术应用将不仅使产品性能至少提升20%，而且功耗可以降低40%以上。

此外，3D NAND的好处自然就是能够比现在的闪存提供功能大的存储空间，存储密度可以达到现有闪存的三倍以上，3D技术若采用32层堆叠NAND Flash Die容量达128Gb，与主流2D 1y/1znm 128Gb相比缺乏成本竞争力。而采用48层堆叠则可将NAND Flash Die容量提升至256Gb，突破2D NAND 128Gb容量，且较32层3D NAND更有成本和性能优势，这也是驱使Flash原厂在2016年扩大48层量产或加快导入步伐的主要原因，使得2D技术向3D 技术切换点恰好拥有最佳的成本效益，同时结合这样的技术应用在未来甚至可以做出10TB以上的2.5寸SSD固态硬盘。

另外还有一个重要特性，就是每单位容量成本将会比现有技术更低，而且因为无需再通过升级制程工艺、缩小cell单元以增加容量密度，可靠性和性能会更好，因为3D NAND是不再追求缩小Cell单元，而是通过3D堆叠技术封装更多Cell单元，并且还可以使用技术已经相当成熟的旧有工艺来生产3D NAND芯片，而使用旧工艺的好处正是P/E擦写次数大幅提升，而且电荷干扰的情况也因为使用旧工艺而大幅减少。

3D NAND的发展趋势

在大数据时代，SSD正在以每年20%的需求量在快速增长，3D NAND大容量和高性能特性可为SSD带来更高的性能表，所以从2D NAND技术转变为3D NAND技术是必然趋势。未来2到3年，资料中心将开始使用3D NAND技术。不过各大制造商兴建方式与使用的技术组合皆不相同。

随着技术在应用需求上的不断改进，将会加速3D NAND性能的不断改进以及良品率的不断提升，对于目前主流的2D NAND替换的速度将会加快，同时3D NAND自身具备的容量及性能特性也注定着其发展前景的良好态势，而良好的发展前景预示着拥有相当大的市场利润份额在其中，自然吸引越来越多的厂商竞相加入，开发更多基于3D NAND技术的应用来增强自身的竞争力以及技术实力，而最终受益的将会是设备的使用者电脑用户群体。