一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

今年1月底,三星电子又发大招,推出采用第五代V-NAND技术的SSD产品——三星970 EVO Plus SSD。事实上,随着新一代3D NAND技术的不断成熟,速度更快的NVMe协议的SSD固态硬盘已经成为市场主流。

以前,我们见过的闪存多属于Planar NAND平面闪存,3D闪存则是立体堆叠的。打个比方,如果说普通NAND是平房,那么3D NAND则是高楼大厦。简单说,在3D NAND领域,谁堆叠的层数多,谁的产品性能就更先进。

一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

  众所周知,平面NAND闪存不仅有SLC、MLC和TLC类型之分,而且为进一步提高容量、降低成本,NAND的制程工艺不断进步。虽然更先进的制程工艺带来了更大的容量,但容量提升、成本降低的同时可靠性及性能都在下降。

与之相比,为提高NAND的容量、降低成本,存储厂商只需要堆叠更多的层数即可。

一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

  据悉,2bit MLC每cell单元存储2bit数据只需要一两打电子,3bit MLC(也就是TLC)的每个cell单元储存。随着制程工艺的不断革新,cell单元之间的干扰现象越来越严重。

三星的V-NAND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,实现容量增多的目的。

传统上,SSD中使用的是浮栅极MOSFET(Floating gate MOSFET),电子储存在栅极中,它相当于一个导体。这种晶体管的缺点是写入数据时,栅极与沟道之间会形成一次短路,这会消耗栅极中的电荷。

即每次写入数据,都要消耗一次栅极寿命。一旦栅极中的电荷没了,cell单元就相当于挂了,无法存储数据。

一文让你看懂三星第五代V-NAND技术

  三星V-NAND闪存放弃浮栅极MOSFET,使用电荷攫取闪存(charge trap flash,简称CTF)设计。每个cell单元看起来更小了,但里面的电荷是储存在一个绝缘层而非之前的导体上,理论是没有消耗的。这种更小的电荷有很多优点,比如更高的可靠性、更小的体积。

据了解,使用CTF结构的V-NAND闪存被认为是一种非平面设计,绝缘体环绕沟道(channle),控制栅极又环绕着绝缘体层。这种3D结构设计提升了储存电荷的的物理区域,提高了性能和可靠性。

相比传统的FG(Floating Gate,浮栅极)技术,三星NAND的电荷撷取闪存(charge trap flash,简称CTF)技术难度更小一点,因此这有利于加快产品量产。

目前,三星的3D V-NAND存储单元的层数(Layer)由2009年的2-layer逐渐提升至24-layer、64-layer,再到2018年的96-layer(层)。