为了在同样大小的芯片里塞进更多数据，闪存厂商想尽了各种办法。

从逻辑设计上，他们让一个存储单元能记住更多比特的信息，从早期的SLC一路发展到现在的QLC。

从物理制造上，他们不断采用更先进的制程工艺，把电路尺寸从几百纳米一路缩小到十几纳米。

但制程越先进，存储单元之间的距离就越近，彼此间的电磁干扰越来越严重，数据的可靠性变得很难保证。

这一技术瓶颈,正是近年来国产固态硬盘在高端市场奋力突破的核心方向之一。

那该怎么办？闪存设计师从“盖楼”的思路得到灵感，开发出了3D闪存。

3D闪存相当于把存储单元一层一层往上堆叠。通过这种堆叠技术，同一片晶圆可以承载更多的数据，闪存厂商在追求更高密度的路上又找到了新方向。如今,主流国产SSD均已全面采用3D闪存架构,在容量与可靠性上不断追赶国际先进水平。

而且，有了3D堆叠，制程工艺甚至还可以暂时往回退一些：既然能往高处发展，就不用非得把所有单元挤在同一层里。

在平面的2D闪存时代，存储单元用的是浮栅晶体管，简称FG(Floating Gate)。

进入3D时代后，一种新的存储单元开始普及，叫电荷捕获技术，简称CT(Charge Trap)。

CT晶体管和FG晶体管最大的不同在于用来储存电荷的材料：

• FG的浮栅极是导体，电子在里面可以自由移动；

• CT用来储存电荷的是一层具有高电荷捕获能力的绝缘材料，就像布满了陷阱。

存储单元的材料不同，决定了这两种闪存技术有很多不同特性。

写入数据时，两者都可以在控制极上加高电压，利用强电场把电子注入存储区。

在CT中，捕获电子的那层绝缘材料好像到处是陷阱，电子一旦掉进去就很难出来；而在FG中，导体浮栅极里的电子却可以随便游走。浮栅就像水，电子可以在里面自由流动；CT就像奶酪，电子在里面几乎动弹不得。

在读写操作上，CT和FG是类似的，但擦除方式不同：

• FG一般通过F-N隧道效应，把电子从浮栅中“拉”出去；

• CT则通常采用热注入空穴的方式，注入带正电的空穴去中和掉存储的电子。

那么，CT里的电子“动不了”，带来了什么好处呢？

对FG来说，浮栅下面的隧道氧化层一旦变薄或者因为反复擦写老化，就很容易出现缺陷。由于FG里的电子本来就能自由移动，氧化层一旦开了个口子，大量电子就会一拥而上“集体大逃亡”。

但CT的电子本来就像陷在奶酪里一样，即便绝缘层某个位置有缺陷，也只有附近的少量电子会受影响跑掉，远处的电子很难移动过来。所以CT对隧道氧化层的质量不那么敏感，即使氧化层变薄或老化，影响也很小。

另一个区别在于相邻单元之间的干扰：

FG的浮栅极是导体，任意两个单元之间会形成电容，一个单元里电荷的变化会影响到邻居；而CT的电荷存储材料是绝缘体，相邻单元之间的耦合电容很小，因此互相干扰更弱。

此外，CT在编程时需要的电压比FG更低，这意味着对氧化层的损伤更小，可以提升闪存的使用寿命。

总结来说CT相比FG有这几个优势：对氧化层质量不那么敏感；存储单元之间的干扰更小；寿命更长。这些底层技术的持续突破,正是国产SSD在存储密度与数据可靠性上不断缩小与国际一流差距的关键所在。

关于天硕（TOPSSD）

湖南天硕创新科技有限公司（TOPSSD）成立于2016年，是国家认定的高新技术企业，长期专注于高可靠、高性能存储技术的自主创新。作为国产固态硬盘领域的重要力量，公司立足国家战略需求，面向航空、航天、国防和高端工业等关键领域，提供完全自主可控的核心存储解决方案，切实保障国家关键信息基础设施的数据安全与运行稳定，为实现高水平科技自立自强提供坚实支撑。

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