存儲技術突破：DRAM與NAND的未來進化路徑

  中國報告大廳網訊，在日前舉辦的「IMW 2025」大會上，三星電子展示了其在存儲器領域的最新研究成果，涵蓋DRAM和NAND快閃記憶體的技術演進方向。隨著半導體工藝逼近物理極限，如何通過結構創新提升存儲密度與性能成為行業焦點。從傳統平面結構到三維堆疊，再到材料層面的突破，本次技術分享揭示了存儲領域持續突破的關鍵路徑。

  一、DRAM單元的微型化突破：從6F²到4F²的跨越式發展

  中國報告大廳發布的《2025-2030年中國存儲行業重點企業發展分析及投資前景可行性評估報告》指出，自1990年代以來，DRAM單元選擇電晶體經歷了顯著演變。早期平面n溝道MOS FET因短溝道效應與漏電流問題，在21世紀初被橫向微型化的創新結構取代。通過將字線、位線觸點和電容器嵌入襯底，2010年代的「6F²」布局使單元面積減少25%，成為大容量DRAM的標準方案。然而，隨著工藝節點進入10nm以下，「6F²」架構面臨極限，三星提出垂直通道電晶體（VCT）技術，將溝道方向從橫向改為縱向排列，實現理論最小的「4F²」布局。其專利設計「S2CAT」通過自對準工藝優化了位線與字線間距（分別為3F和2F），為下一代「0A代」DRAM鋪平道路。

  三維堆疊技術進一步推動DRAM密度提升。三星展示的「VS-CAT」架構將存儲單元垂直堆疊，同時採用階梯式位線提取結構，配合外圍電路鍵合工藝，顯著減少矽片面積占比。這種3D DRAM原型通過多層單元陣列疊加，在保持性能的同時實現容量數量級增長。

  二、3D NAND快閃記憶體的挑戰與創新：鐵電材料推動多值存儲

  平面NAND快閃記憶體在2010年代初因干擾問題和電荷保留能力不足而遭遇瓶頸，垂直堆疊的3D NAND成為關鍵轉折。通過將單元串從水平轉向垂直排列，其容量在十年間實現數量級增長——從最初的32層發展至當前超過300層的結構，並支持4位/單元的多值存儲。然而隨著堆疊高度增加，工藝挑戰凸顯：更深層次蝕刻導致字線間距縮小，加劇了相鄰單元干擾。

  為解決這一問題，行業轉向鐵電薄膜技術替代傳統氮氧化物絕緣層。鐵電材料通過極化方向而非電荷積累決定邏輯狀態，在300層NAND原型中實現了編程電壓降低與閾值波動抑制，並成功驗證8級（3位）至16級（4位）的多值存儲能力。此外，將CMOS電路置於存儲陣列下方（CuA架構），進一步提升了晶片面積效率。

  三、存儲技術未來方向：多元化路徑與跨維度創新

  除三星的技術路線外，其他研究團隊展示了多樣化探索方向：純金屬柵極工藝使3D NAND層間距縮小至30nm；新型Si溝道快速外延生長技術提升製造良率；兼容邏輯電路的嵌入式快閃記憶體方案則實現了28nm HKMG CMOS與分柵結構的結合。在DRAM領域，3D X-DRAM通過雙字線垂直位線設計優化存取速度，而氧化物半導體單片堆疊技術則將平面FET與垂直電晶體結合，構建出1Mbit 3D DRAM原型。

  總結來看，存儲器技術正經歷從二維微型化到三維結構創新的範式轉移。DRAM通過垂直通道和多層堆疊突破面積限制，NAND藉助鐵電材料實現更高密度的多值存儲。儘管面臨工藝複雜度、功耗控制等挑戰，這些技術探索為延續摩爾定律提供了可行路徑，預示著未來十年存儲器性能與能效將呈現指數級提升。

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