手机ROM即将翻倍 三星V-NAND技术详解

    手机支持高清视频硬解码已经不是问题，但是手机的rom对于高清电影来说实在是太小了。的确，受限于闪存颗粒技术瓶颈以及手机本身的体积，手机闪存容量升级实在是太慢了。不过，三星日前宣布，他们已经量产一种叫“v-nand（vertical nand）”的闪存芯片，可以让闪存芯片的容量倍增，手机rom达到256gb也不再是梦（传说iphone5s就已经会有128gb版）。

v-nand背后的秘密

1、ctf架构，让闪存芯片性能更高、寿命更长

    目前闪存芯片采用的是已经有40多年历史的浮栅极结构，其原理是将电荷储存于浮栅极mosfet，通过存储单元中导体的充放电来表示0和1。浮栅极就相当于一个导体，邻间单元格的电荷极容易相互干扰。晶体管的瑕疵会导致栅极与沟道短路，这会消耗栅极中的电荷，也就是说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“game over”了，不能再存储数据。同时这种架构在今天看来有一个致命缺点：制程越先进，相邻存储单元格的电荷相互干扰也就越严重，寿命也更短。既然浮栅极架构存在这样的缺点，更先进的ctf架构诞生了。

   v-nand最大的改进就是弃用传统的浮栅极mosfet设计，改用电荷捕获闪存（charge trap flash，简称ctf）设计。ctf技术与传统浮栅极技术的区别在于它使用一层约100埃（angstrom）的极薄氮化硅薄膜来储存电子（而非超过1000埃的传统浮动闸极储存层），从两层氧化层间的绝缘氮化硅层就可以捕获电荷。在ctf架构中，数据被临时存放在闪存非传导层的一个由氮化硅组成的“单元格”中，实现了更高的稳定性和对储存流更好的控制。怎么理解呢？简单地说：既然浮栅极由于绝缘导致相邻单元格容易互相干扰，那么就采用隔离措施——用绝缘的氮化硅薄膜充当电子的隔离层，将电子“关禁闭”而防止互相干扰，等需要读取时再“解禁”。

    这种隔离方法最大的优点是可以更大程度地降低存储单元格间电荷干扰，从而大大提升芯片的写入速度、增加芯片的p/e擦写次数：目前的19/20nm工艺mlc闪存的擦写次数普遍是3000次，三星的v-nand闪存可达35000次、足足提升了十倍，而写入速度可以提高两倍。

    与使用传统浮动栅结构的组件相比，ctf技术另一个优点就是结构更为简单。ctf架构仅由控制栅组成， ctf控制栅的高度只有传统浮栅极控制栅高度的1/5。这是什么一个概念呢？就是每个ctf cell单元的个头比传统的传统浮栅极cell单元“矮”，可大大提升芯片的存储密度。值得注意的是，为了最大限度地提高了存储单元的密度，三星在v-nand中的 ctf结构从传统的单层ctf结构改良升级为3d立体结构，长方形的控制栅被改为像水管一样中空的圆柱体，因而可以最大化的利用空间——在容积有限的空间里，圆柱体占有的空间要少于长方立柱。

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