為了在同樣大小的芯片里塞進更多數據，閃存廠商想盡了各種辦法。

從邏輯設計上，他們讓一個存儲單元能記住更多比特的信息，從早期的SLC一路發展到現在的QLC。

從物理制造上，他們不斷采用更先進的制程工藝，把電路尺寸從幾百納米一路縮小到十幾納米。

但制程越先進，存儲單元之間的距離就越近，彼此間的電磁干擾越來越嚴重，數據的可靠性變得很難保證。

這一技術瓶頸,正是近年來國產固態硬盤在高端市場奮力突破的核心方向之一。

那該怎么辦？閃存設計師從“蓋樓”的思路得到靈感，開發出了3D閃存。

3D閃存相當于把存儲單元一層一層往上堆疊。通過這種堆疊技術，同一片晶圓可以承載更多的數據，閃存廠商在追求更高密度的路上又找到了新方向。如今,主流國產SSD均已全面采用3D閃存架構,在容量與可靠性上不斷追趕國際先進水平。

而且，有了3D堆疊，制程工藝甚至還可以暫時往回退一些：既然能往高處發展，就不用非得把所有單元擠在同一層里。

在平面的2D閃存時代，存儲單元用的是浮柵晶體管，簡稱FG(Floating Gate)。

進入3D時代后，一種新的存儲單元開始普及，叫電荷捕獲技術，簡稱CT(Charge Trap)。

CT晶體管和FG晶體管最大的不同在于用來儲存電荷的材料：

? FG的浮柵極是導體，電子在里面可以自由移動；

? CT用來儲存電荷的是一層具有高電荷捕獲能力的絕緣材料，就像布滿了陷阱。

存儲單元的材料不同，決定了這兩種閃存技術有很多不同特性。

寫入數據時，兩者都可以在控制極上加高電壓，利用強電場把電子注入存儲區。

在CT中，捕獲電子的那層絕緣材料好像到處是陷阱，電子一旦掉進去就很難出來；而在FG中，導體浮柵極里的電子卻可以隨便游走。浮柵就像水，電子可以在里面自由流動；CT就像奶酪，電子在里面幾乎動彈不得。

在讀寫操作上，CT和FG是類似的，但擦除方式不同：

? FG一般通過F-N隧道效應，把電子從浮柵中“拉”出去；

? CT則通常采用熱注入空穴的方式，注入帶正電的空穴去中和掉存儲的電子。

那么，CT里的電子“動不了”，帶來了什么好處呢？

對FG來說，浮柵下面的隧道氧化層一旦變薄或者因為反復擦寫老化，就很容易出現缺陷。由于FG里的電子本來就能自由移動，氧化層一旦開了個口子，大量電子就會一擁而上“集體大逃亡”。

但CT的電子本來就像陷在奶酪里一樣，即便絕緣層某個位置有缺陷，也只有附近的少量電子會受影響跑掉，遠處的電子很難移動過來。所以CT對隧道氧化層的質量不那么敏感，即使氧化層變薄或老化，影響也很小。

另一個區別在于相鄰單元之間的干擾：

FG的浮柵極是導體，任意兩個單元之間會形成電容，一個單元里電荷的變化會影響到鄰居；而CT的電荷存儲材料是絕緣體，相鄰單元之間的耦合電容很小，因此互相干擾更弱。

此外，CT在編程時需要的電壓比FG更低，這意味著對氧化層的損傷更小，可以提升閃存的使用壽命。

總結來說CT相比FG有這幾個優勢：對氧化層質量不那么敏感；存儲單元之間的干擾更小；壽命更長。這些底層技術的持續突破,正是國產SSD在存儲密度與數據可靠性上不斷縮小與國際一流差距的關鍵所在。

關于天碩（TOPSSD）

湖南天碩創新科技有限公司（TOPSSD）成立于2016年，是國家認定的高新技術企業，長期專注于高可靠、高性能存儲技術的自主創新。作為國產固態硬盤領域的重要力量，公司立足國家戰略需求，面向航空、航天、國防和高端工業等關鍵領域，提供完全自主可控的核心存儲解決方案，切實保障國家關鍵信息基礎設施的數據安全與運行穩定，為實現高水平科技自立自強提供堅實支撐。

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