Flash閃存是非易失性存儲器，這是相對于SDRAM等存儲器所說的。即存儲器斷電后，內部的數(shù)據(jù)仍然可以保存。Flash根據(jù)技術方式分為Nand 、Nor Flash和AG-AND Flash，而U盤和MP3中最常用的內存就是Nand Flash。 Nand Flash也有幾種，根據(jù)技術方式，分為SLC、MCL、MirrorBit等三種。SLC是Single level cell的縮寫，意為每個存儲單元中只有1bit數(shù)據(jù)。而MLC就是Multi-Level-Cell，意為該技術允許2 bit的數(shù)據(jù)存儲在一個存儲單元當中。而MirrorBit則是每個存儲單元中只有4bit數(shù)據(jù)。 SLC的技術存儲比較穩(wěn)定，SLC的技術也最為成熟。然而MLC可以在一個單元中有2bit數(shù)據(jù)，這樣同樣大小的晶圓就可以存放更多的數(shù)據(jù)，也就是成本相同的情況下，容量可以做的更大，這也是同樣容量，MLC價格比SLC低很多的原因。通常情況下相同容量的MLC和SLC，MLC的價格比SLC低30％~40%，有些甚至更低。區(qū)分SLC(停產)和MLC（現(xiàn)在主流，分新老制程，60NM 和56/50NM ） 1、 看Flash的型號：根據(jù)Flash的命名規(guī)則，進行區(qū)分。 2、 測試讀寫速度：SLC的非常快，MLC的很慢。 優(yōu)盤之家 SLC閃存：即單層式儲存 (Single Level Cell；SLC)，包括三星電子、Hynix、美光（Micron）以及東芝都是此技術使用者 MLC閃存：多層式儲存（Multi Level Cell；MLC)，目前有東芝、Renesas、三星使用，英飛凌（Infineon）與Saifun Semiconductors合資利用NROM技術所共同開發(fā)的多位儲存（Multi Bit Cell；MBC）。MLC是英特爾（Intel）在1997年9月最先開發(fā)成功的，其作用是將兩個單位的信息存入一個Floating Gate，閃存存儲單元中存放電荷的部分），然后利用不同電位（Level）的電荷，透過內存儲存的電壓控制精準讀寫，假設以4種電壓控制、1個晶體管可存取2bits的數(shù)據(jù)，若是控制8種電壓就可以存取3 bits的數(shù)據(jù)，使Flash 的容量大幅提升，類似Rambus的QRSL技術，通過精確控制Floating Gat上的電荷數(shù)量，使其呈現(xiàn)出4種不同的存儲狀態(tài)，每種狀態(tài)代表兩個二進制數(shù)值（從00到11）。 www.upan.cc 三星與東芝這兩家Flash(閃存)制造商長期統(tǒng)治著快速增長 的NAND Flash市場。其中三星屬于最大的玩家，不斷采用先進工藝尺寸，以維持競爭優(yōu)勢。本次主要對這兩家公司的最新閃存進行比較，同時也兼顧與Hynix、美光和英特爾等公司的比照。從歷史來看，三星將研發(fā)重點集中在了單層單元(SLC)上。SLC架構中每個閃存單元只能存儲1個比特的信息。而東芝在轉向先進工藝技術方面同樣積極，不過其競爭優(yōu)勢在于多層單元(NAND閃存方面的設計經(jīng)驗和能力。MLC閃存在每個存儲單元存儲2個比特的信息，使得東芝可在給定面積的硅片上存儲更多的比特信息，并在存儲器尺寸既定的情況下降低生產成本。因此，盡管東芝在工藝技術上可能落后于三星，但在裸片密度上仍是領跑者。東芝的MLC閃存已經(jīng)歷經(jīng)數(shù)代，其中包括新近發(fā)布的采用70nm工藝的8Gb閃存。2005年，東芝曾采用90nm技術與三星的73nm技術展開肉搏。東芝90nm MLC閃存的比特密度為29Mb/mm2，遠遠高于三星73nm閃存的25.8Mb/mm2的比特密度。在存儲密度固定時，東芝甚至擁有比三星更小的裸片尺寸。例如，東芝90nm工藝生產的4Gb NAND閃存的 裸片尺寸為138mmsup>2，與之相比，三星73nm工藝生產的4Gb NAND閃存尺寸則為156mmsup>2。這使得東芝在成本方面更具競爭力。在用于文件存儲方面，NAND閃存不可避免地面臨價格戰(zhàn)，我們也常常 聽到，只有價格領導者才會贏得iPod設計中標。雖然MLC在某些方面獲得相當?shù)恼J可，但如今對閃存芯片的狂熱需求模糊了業(yè)界的視線。存儲卡制造商需要價格低廉的芯片，但他們也需要穩(wěn)定 的供貨。正是基于這個原因，據(jù)報道，去年Kingston已就購買SLC芯片作為第二貨源與三星進行了商談。他們商討該協(xié)議時，全然不顧MLC方案的成本 比SLC要低30%。長期以來，三星都在鼓吹SLC而非MLC型NAND閃存， 不過2004年和2005年該公司提交給國際固態(tài)電路大會(ISSCC)上提交的MLC技術論文，標志著該公司的觀點發(fā)生了變化。雖然在三星的網(wǎng)站上仍舊 沒有任何有關MLC閃存的營銷信息，但該公司的確已生產出了4Gb MLC NAND閃存芯片。雖然我們已對該芯片的樣品進行了分析，但要在市場中找到其樣品仍舊非常困難。其裸片尺寸是156mm2，同東芝采用90nm工藝的MLC型4Gb NAND閃存相比，還是大了18mm2，因此要能與東芝相匹敵，三星在其下一代NAND MLC技術上還需要改進。除了三星，Hynix等其他存儲器制造商也在向MLC閃存邁進。雖然東芝憑借多年的技術積累而在MLC技術上占據(jù)優(yōu)勢，但英特爾與美光科技的合資企業(yè)IM Flash也有能力結合英特爾MLC技術與美光的NAND閃存，從而在MLC型NAND閃存領域迅猛發(fā)展。 MLC閃存技術并非沒有不足，實際上，在采用先進工藝生產MLC閃存方面困難重重。隨著閃存技術的演進，在浮動柵(floating gate)中存儲的電荷總量減少了，使得檢測存儲的信息變得更加困難，尤其是對MLC芯片而言，它需要識別四個電壓值，而非兩個。盡管如此，據(jù)報道，東芝 在70nm工藝中能夠保證采用與90nm技術相同的代碼糾錯方案。這顯示該公司并沒有放慢MLC技術縮放的步伐，最少是就現(xiàn)在而言。此外，與SLC閃存相比，MLC閃存在可靠性方面存在不足。雖然對于消費者而言，可靠性不是他們關注的核心問題，但在其它消費市場卻顯然是一個弊端。三星正準備推出采用65nm工藝的4Gb SLC NAND閃存，其尺寸比采用73nm工藝的器件稍為緊湊。由此引發(fā)的問題是：在工藝縮放方面是否已經(jīng)無計可施了？如果實際情況真的如此，那么情況顯得對東芝更為有利，因為目前它已經(jīng)生產出70nm工藝的MLC閃存。作為權宜之計，三星轉向65nm工藝 的芯片或許能夠立馬同東芝的90nm MLC競爭。但是東芝的70nm工藝8Gb MLC技術已取得重大成就，實現(xiàn)了56.5Mb/mm2的比特密度，比三星65nm工藝31.3Mb/mm2的額定比特密度要高出80%。一些并非出自東芝公司的報告暗示，該公司將會跨過65nm工藝，直接轉到50-60nm線寬的16Gb閃存。當然，在成功實現(xiàn)低于65nm線寬的工藝，仍有一些技術障礙有待克服。閃存器件的工藝縮放并非易事，過去業(yè)界曾多次出現(xiàn)過閃存走向終結的預言。然而國際半導體技術路線圖(ITRS)顯示，在32nm工藝節(jié)點出現(xiàn)之前，在所有賭注似乎仍然都壓在閃存而非任何新型替換品上。有必要使在每個單元中所存儲的比特數(shù)翻番，使得浮動柵技術繼續(xù)前進，而這很可能推動閃存首個替代物面市，諸如相變存儲器(PCM)。但是目 前閃存供應商首先必須克服現(xiàn)有的縮放挑戰(zhàn)，其中包括這樣一些關鍵領域：單元校準(cell alignment)、隧道氧化層、多晶硅層間介電質(interpoly dielectirc)、相鄰單元耦合和高壓晶體管設計。縮放挑戰(zhàn) 優(yōu)盤之家隨著芯片尺寸縮小，改進圖層之間的校準頗受關注。更小的芯片需要更低的操作電壓，反過來也推動了更薄隧道電介質的需求，以將電荷傳輸至浮動柵或傳輸出浮動柵，但問題是，電介層較薄的話，可靠性就較低。 在先進的工藝尺寸中，一個浮動柵的活動區(qū)域對存儲單元晶體管的影響較小，但從控制到浮動柵的耦合比例需要保持恒定。所以，需要更薄的多晶硅層間介電質(IPD)。在有兩種介電質情況下，介電常數(shù)更高(higher-k)的材料能減少有效電荷厚度，同時具有更大的物理厚度，并能維護更高的可靠性。然而，采用新型材料會給自身帶來挑戰(zhàn)，存儲單元封裝得更加緊密，會增加風險，導致一個浮動柵上的電荷會影響相鄰存儲單元的操作。最后，閃存的操作依賴于較高電壓來寫入或擦除存儲單元。需要在給定硅片面積條件且無損存儲單元效率的條件下，設計和應用能夠轉換電壓的控制晶體管。 優(yōu)盤之家東芝的新型芯片集成了很多有趣的特性。當然，基本的存儲單元結構已經(jīng)縮降至90nm以下。東芝在90nm工藝上引入了完全自校準存儲單元， 并且繼續(xù)用于70nm工藝。隧道和多晶硅層間介電質同樣降低了。為了減少干擾，對浮動柵的高度也作了優(yōu)化。MLC技術在這方面需要更多關注，因為要從存儲 單元中讀出4個狀態(tài)，所以感應(sensing)邊界更小。在存儲列陣方面，東芝轉而采用新型的溝槽蝕刻工藝處理來實現(xiàn)淺槽隔離(STI)。70nm工藝中更小的間距要求東芝使用兩個溝槽深度。存 儲陣列深度對隔離性能的要求較低，以便閃存單元能夠排列得更加密集。控制晶體管——特別是那些用于控制寫入/刪除電壓的晶體管，需要更好的電壓隔離特性。 所以，他們要更深一些。 溝槽填充方式也發(fā)生了改變；現(xiàn)在使用一種新型沉積材料進行兩步處理。在90nm工藝中，采用鎢(tungsten)觸點來代替多晶硅。也許最顯著的一個創(chuàng)新是采用了一種新穎的電容器結構。所有這些改進加在一起，相當于一個大小僅為0.020μm2的物理單元，換言之，保存1個比特信息僅需0.010μm2。相比較而言，三星的73nm技術保存1個比特信息則需要0.021μm2，而三星的65nm 4Gb器件保存1比特信息預計要0.017μm2。體系架構上的改進東芝的70nm NAND閃存還包括一些架構上的改變，包括焊盤布局和排列結構的調整，旨在減小裸片面積。東芝的焊盤設計是單面的，也就是說所有的焊盤都位于芯片的一邊。 這與其它大多數(shù)NAND閃存大相徑庭，后者上下兩面都分布著焊盤。 U盤之家焊盤全部移到裸片的一邊就不再需要兩面都設計焊盤條，芯片尺寸隨之減小。為了獲得單面布局的最大好處，對陣列結構作一些變動，從而能有效地訪問芯片的上部或在芯片的邊上遠離焊盤的存儲單元，并為其供電。為了更大程度地減小芯片尺寸，東芝還將改變了其冗余管理方案。在單個存儲地址存儲2個比特的信息，要求感應電路能夠分辨出四個電壓等級的差別。自然地，要讀取存儲單元信息的感應放大器需要進行優(yōu)化，從而為與單層感應相比所存在的較低的噪聲裕量提供補償。接下來的事情，就是為四個不同等級的電荷編程。東芝選擇了步步為營的方法，其中包括運行一系列“即編程即驗證”的循環(huán)，直到獲得期望的程序狀態(tài)。 我們的分析檢查了用來寫入四個狀態(tài)的時序和電壓。實際上，該方法是東芝的閃存合作伙伴Sandisk所開發(fā)出來的，并授權東芝采用其專利編程方法。東芝與Sandisk在MLC芯片的研發(fā)和生產上已經(jīng)合作多年。毫不奇怪，兩家公司都積極申請與MLC技術相關的方法、電路和結構方面的專利。 U盤之家然而，我們卻驚奇地發(fā)現(xiàn)，三星在MLC領域的專利申請也相當積極。2002年三星和Sandisk之間達成了一項交叉授權協(xié)議，雙方在2009年之前不會提起任何專利爭端。不過，如果三星被卷入MLC價格戰(zhàn)，問題也許會再次提上日程。 也許僅是巧合，ITRS計劃轉向每單元4比特存儲的時間也是2009年。既然有關MLC知識產權的爭端還沒有最后掀起，那么現(xiàn)在還很難說誰更強。盡管有這些比較，三星始終還是NAND閃存市場的佼佼者，并且極具競爭力。雖然東芝依靠在MLC技術上的積累，東芝獲得了些許優(yōu)勢，但三星已被證明是一個斗志頑強、勇往直前的對手。讓我們拭目以待：在未來幾年中，為了追趕MLC技術，三星會不懈努力。三星和東芝還承受著后來者的壓力，如Hynix公司，后者于2004年2月開始發(fā)售其首批NAND產品，就非常成功地從DRAM轉向到閃 存。2005年Hynix利潤增加了525%，并且與兩個領軍公司爭奪市場份額。同時，英特爾與美光的合資又誕生了一個強有力的市場競爭者，而英飛凌也開 始顯示出令人鼓舞的利潤增長。這些公司使得NAND市場的競爭更加激烈；但是至少在目前，三星和東芝仍然是市場和技術的領先者。對于我們消費者而言，最關心的就是產品的質量問題，因此，網(wǎng)上流傳很多說法，好像只有使用SLC閃存的產品才是質量好的產品，其實不盡然，產品的質量好壞第一個關節(jié)是采用的物料的好壞，第二個關節(jié)是廠家是否在生產過程中偷工減料。這兩者都是很重要的。再其次，就是產品的成熟程度，一般剛推出來的產品一般都會存在一些不為人知的問題，只能靠以后的不斷改進才能使產品日趨完善隨著MP3、MP4控制芯片的更新?lián)Q代和軟件控制技術的更新，克服了很多難關，目前對于MLC閃存芯片的架駑能力已經(jīng)很成熟了，再加上MLC閃存生產技術的改進，因此目前很多廠家（包括IPOD）都采用MLC閃存用于消費類數(shù)碼產品的生產，尤其是大容量的數(shù)碼產品，非它不可.
SD卡 SD卡工廠
2011-04-18 12:14:57
