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nand什么逻辑意思不同类型的晶体管及其功能

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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不同类型的晶体管及其功能

晶体管是一种有源元件，遍布电子电路。它们用作放大器和开关设备。作为放大器，它们用于高电平和低电平、频率级、振荡器、调制器、检测器以及任何需要执行功能的电路中。在数字电路中，它们用作开关。世界上有大量的制造商生产半导体（晶体管是该设备家族的成员），因此有数千种不同的类型。有低功率、中功率和高功率晶体管，用于高频和低频工作，用于非常高电流和/或高电压工作。本文概述了什么是晶体管、不同类型的晶体管及其应用。

什么是晶体管

晶体管是电子设备。它是通过p型和n型半导体制成的。当半导体放置在相同类型半导体之间的中心时，这种排列称为晶体管。我们可以说晶体管是两个二极管的组合，它是背靠背连接的。晶体管是一种调节电流或电压的设备，充当电子信号的按钮或门。

晶体管的类型

晶体管由三层半导体器件组成，每层都能够移动电流。半导体是一种以“半热敏”方式导电的材料，例如锗和硅。它介于真正的导体（例如铜）和绝缘体（类似于塑料包裹的粗糙电线）之间。

晶体管符号

公开了 npn 和 pnp 晶体管的图解形式。在线连接是采用引出形式。箭头符号定义了发射极电流。在 npn 连接中，我们确定电子流入发射极。这意味着保守电流从发射极流出，如流出箭头所示。同样，可以看出，对于 pnp 连接，保守电流流入发射极，如图中向内的箭头所示。

PNP 和 NPN 晶体管

晶体管的种类繁多，每种晶体管的特性各不相同，各有其优点和缺点。某些类型的晶体管主要用于开关应用。其他的可用于开关和放大。尽管如此，其他晶体管仍属于自己的专业组，例如光电晶体管，它们会对照射在其上的光量做出反应，从而产生流过它的电流。以下是不同类型晶体管的列表；我们将回顾一下创造它们的特征

晶体管的两种主要类型是什么？

晶体管分为 BJT 和 FET 两种类型。

双极结型晶体管 (BJT)

双极结型晶体管是由基极、集电极和发射极 3 个区域组成的晶体管。双极结型晶体管（与 FET 晶体管不同）是电流控制器件。进入晶体管基极区的小电流会导致从发射极流向集电极区的电流大得多。双极结型晶体管有两种主要类型：NPN 和 PNP。NPN 晶体管是一种大多数载流子是电子的晶体管。

从发射极流向集电极的电子形成流经晶体管的大部分电流的基极。其他类型的电荷——空穴——只占少数。PNP晶体管则相反。在PNP晶体管中，载流子大多数为空穴。BJT 晶体管有两种类型，即 PNP 和 NPN

双极结型晶体管引脚

PNP晶体管

该晶体管是另一种 BJT——双极结型晶体管，它包含两种 p 型半导体材料。这些材料通过薄 n 型半导体层分开。在这些晶体管中，大多数电荷载流子是空穴，而少数电荷载流子是电子。

在该晶体管中，箭头符号表示传统的电流流动。该晶体管中的电流方向是从发射极端到集电极端子。一旦基极端子与发射极端子相比被拖至低电平，该晶体管将导通。PNP晶体管的符号如下所示。

NPN晶体管

NPN也是BJT（双极结型晶体管）的一种，它包括通过薄p型半导体层分开的两种n型半导体材料。在 NPN 晶体管中，大多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。电子从发射极端子流向集电极端子将在晶体管的基极端子内形成电流。

在晶体管中，基极端子提供的电流量较少会导致从发射极端子到集电极提供大量电流。目前常用的BJT是NPN晶体管，因为电子迁移率比空穴迁移率更高。NPN晶体管的符号如下所示。

场效应晶体管

场效应晶体管由 3 个区域组成：栅极、源极和漏极。与双极晶体管不同，FET 是电压控制器件。栅极处的电压控制电流从晶体管的源极流向漏极。场效应晶体管具有非常高的输入阻抗，从几兆欧 (MΩ) 到更大的电阻值。

这种高输入阻抗导致它们流过的电流非常少。（根据欧姆定律，电流与电路阻抗值成反比。如果阻抗高，电流就会非常低。）因此，FET 从电路电源汲取的电流非常少。

场效应晶体管

因此，这是理想的，因为它们不会干扰它们所连接的原始电路功率元件。它们不会导致电源负载下降。FET 的缺点是它们无法提供与双极晶体管相同的放大效果。

双极晶体管的优势在于它们提供了更大的放大能力，尽管 FET 的优势在于负载更小、更便宜且更容易制造。场效应晶体管有 2 种主要类型：JFET 和 MOSFET。JFET 和 MOSFET 非常相似，但 MOSFET 的输入阻抗值甚至比 JFET 更高。这会导致电路中的负载更少。FET晶体管分为两种类型，即JFET和MOSFET。

结型场效应晶体管

JFET 代表结型场效应晶体管。这很简单，也是 FET 晶体管的初始类型，可用作电阻器、放大器、开关等。这是一种电压控制器件，不使用任何偏置电流。一旦在栅极和源极端子之间施加电压，它就会控制 JFET 晶体管的源极和漏极之间的电流。

结型场效应晶体管（JUGFET 或 JFET）没有 PN 结，但取而代之的是高电阻率半导体材料的狭窄部分，形成 N 型或 P 型硅“通道”，供多数载流子流过两端有两个欧姆电气连接，通常分别称为漏极和源极。

结型场效应晶体管

结型场效应晶体管有两种基本配置：N 沟道 JFET 和 P 沟道 JFET。N 沟道 JFET 的沟道掺杂有施主杂质，这意味着流过沟道的电流以电子形式为负（因此称为 N 沟道）。这些晶体管有 P 沟道和 N 沟道类型。

场效应管

MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是所有类型晶体管中最常用的。顾名思义，它包括金属栅极的端子。该晶体管包括四个端子，如源极、漏极、栅极和衬底或主体。

场效应管

与 BJT 和 JFET 相比，MOSFET 有几个优点，因为它提供高 I/P 阻抗和低 O/P 阻抗。MOSFET 主要用于低功率电路，尤其是在芯片设计时。这些晶体管有耗尽型和增强型两种类型。此外，这些类型分为P沟道和N沟道类型。

FET 的 主要特点如下。

· 它是单极的，因为电子或空穴等电荷载流子负责传输。

· 在 FET 中，由于反向偏置，输入电流将会流动。因此该晶体管的输入阻抗较高。

· 当场效应晶体管的输出电压通过栅极输入电压来控制时，这种晶体管被称为电压控制器件。

· 在引导车道上，不存在交叉路口。因此，与 BJT 相比，FET 的噪声更小。

· 增益的表征可以通过跨导来完成，因为它是 o/p 变化电流与输入电压变化的比率

· FET 的 O/P 阻抗较低。

场效应管的优点

与 BJT 相比，FET 的优点包括以下几点。

· FET 是单极器件，而 BJT 是双极器件

· FET 是电压驱动器件，而 BJT 是电流驱动器件

· FET 的 i/p 阻抗较高，而 BJT 的阻抗较低

· 与 BJT 相比，FET 的噪声水平较低

· FET 的热稳定性较高，而 BJT 的热稳定性较低。

· FET 的增益表征可以通过跨导来完成，而 BJT 则可以通过电压增益来表征

场效应管的应用

FET 的应用包括以下内容。

· 这些晶体管用于不同的电路中以减少负载效应。

· 它们用于多种电路，如相移振荡器、电压表和缓冲放大器。

场效应管端子

FET 具有源极、栅极和漏极三个端子，这与 BJT 的端子不同。在 FET 中，源极端子类似于 BJT 的发射极端子，而栅极端子类似于基极端子和漏极端子到集电极端子。

源终端

· 在 FET 中，源极端子是电荷载流子进入沟道的源极端子。

· 这类似于BJT的发射极端子

· 源终端可以用“S”表示。

· 可以像 IS 一样指定流过源极端子通道的电流。登机口航站楼

· 在 FET 中，栅极端子在控制整个通道的电流流动方面发挥着重要作用。

· 通过向栅极端子提供外部电压，可以控制电流的流动。

· 栅极端子是两个内部连接且重掺杂的端子的混合。沟道的电导率可以通过栅极端子进行调制。

· 这与BJT的基极类似

· 栅极端子可用“G”表示。

· 通过栅极端子处通道的电流可以指定为 IG。

排水端子

· 在 FET 中，漏极端子是载流子离开沟道的地方。

· 这类似于双极结型晶体管中的集电极端子。

· 漏源电压指定为 VDS。

· 漏极端子可指定为 D。

· 离开漏极端子通道的电流可以指定为 ID。

不同类型的晶体管

根据功能，晶体管有不同类型，如小信号晶体管、小开关晶体管、功率晶体管、高频晶体管、光电晶体管、UJT。某些类型的晶体管主要用于放大，否则用于开关目的。

小信号类型的晶体管

小信号晶体管主要用于放大低电平信号，但也可以用作开关。这些晶体管可通过 hFE 值来使用，该值指定晶体管如何放大输入信号。典型 hFE 值的范围为 10 至 500，其中最高集电极电流 (Ic) 额定值范围为 80 mA 至 600mA。

这些晶体管有两种形式，例如 PNP 和 NPN。该晶体管的最高工作频率为 1 至 300 MHz。这些晶体管用于放大几伏等小信号以及仅使用毫安电流时。一旦使用巨大的电压和电流，就可以使用功率晶体管。

小型开关晶体管

小型开关晶体管的用途类似于开关和放大器。这些晶体管的典型 hFE 值范围为 10 至 200，包括范围为 10 mA 至 1000mA 的最小集电极电流额定值。这些晶体管有两种形式，例如 PNP 和 NPN

这些晶体管不具备晶体管的小信号放大能力，而晶体管的小信号放大能力最多可达 500 倍。因此，这将使晶体管更有利于开关，尽管它们可以用作放大器来提供增益。一旦您需要额外的增益，那么这些晶体管就会像放大器一样发挥更好的作用。

功率晶体管

这些晶体管适用于使用大量功率的情况。该晶体管的集电极端子与金属基极端子相连，因此它就像散热器一样可以消除多余的功率。典型额定功率范围主要为约 10 W 至 300 W，其中额定频率范围为 1 MHz – 100 MHz。

功率晶体管

最高集电极电流的值范围为 1A – 100A。功率晶体管有 PNP 和 NPN 形式，而达林顿晶体管有 PNP 或 NPN 形式。

高频晶体管

高频晶体管特别适用于在高频下工作的小信号，并用于基于高速的开关应用。这些晶体管适用于高频信号，并且应该能够以极高的速度打开/关闭。

高频晶体管的应用主要包括HF、UHF、VHF、MATV和CATV放大器以及振荡器应用。最大额定频率范围约为 2000 MHz，最高集电极电流范围为 10 mA – 600mA。这些都可以 PNP 和 NPN 形式获得。

光电晶体管

这些晶体管是光敏晶体管，这种晶体管的常见类型看起来像双极晶体管，其中该晶体管的基极引线被移除并通过光敏区域进行改变。因此，这就是光电晶体管仅包含两个端子而不是三个端子的原因。一旦外部区域保持阴凉，设备就会关闭。

光电晶体管

基本上，没有电流从集电极区域流向发射极。但是，每当光敏区域暴露在日光下时，就会产生少量的基极电流来控制很高的集电极到发射极电流。

与普通晶体管类似，它们可以是 FET 也可以是 BJT。FET 是光敏晶体管，与光电双极晶体管不同，光电 FET 利用光产生栅极电压，主要用于控制漏源电流。它们对光的变化非常敏感，并且与双极光电晶体管相比更加敏感。

单结晶体管类型

单结晶体管 (UJT) 包括三引线，其工作方式完全类似于电气开关，因此它们不像放大器那样使用。一般来说，晶体管的工作方式既像开关又像放大器。然而，由于其设计原因，UJT 不会提供任何类型的放大。因此，它的设计目的不是提供足够的电压或电流。

这些晶体管的引线是 B1、B2 和发射极引线。该晶体管的操作很简单。当其发射极或基极端子之间存在电压时，就会有小电流从 B2 流向 B1。

单结晶体管

其他类型晶体管中的控制引线将提供小的额外电流，而在 UJT 中，情况恰恰相反。晶体管的主要来源是其发射极电流。从 B2 流向 B1 的电流只是整个组合电流的一小部分，这意味着 UJT 不适合放大，但适合开关。

异质结双极晶体管 (HBT)

AlgaAs/GaAs 异质结双极晶体管 (HBT) 用于频率高达 Ku 频段的数字和模拟微波应用。HBT 可以提供比硅双极晶体管更快的开关速度，主要是因为基极电阻和集电极到基板的电容降低。HBT 处理所需的光刻要求低于 GaAs FET，因此，HBT 的制造成本非常高，并且可以提供更好的光刻良率。

该技术还可以提供比 GaAs FET 更高的击穿电压和更容易的宽带阻抗匹配。在对硅双极结型晶体管 (BJT) 的评估中，HBT 在发射极注入效率、基极电阻、基极-发射极电容和截止频率方面表现出更好的表现。它们还具有良好的线性度、低相位噪声和高功率附加效率。HBT 可用于盈利且高可靠性的应用，例如移动电话中的功率放大器和激光驱动器。

达林顿晶体管

达林顿晶体管有时称为“达林顿对”，是由两个晶体管组成的晶体管电路。西德尼·达林顿发明了它。它就像一个晶体管，但它具有更高的获得电流的能力。该电路可以由两个分立晶体管组成，也可以位于集成电路内部。

达林顿晶体管的 hfe 参数是每个晶体管 hfe 相互乘积。该电路对于音频放大器或测量流过水的非常小的电流的探头很有帮助。它非常敏感，可以感知皮肤中的电流。如果将其连接到一块金属，就可以构建一个触摸感应按钮。

达林顿晶体管

肖特基晶体管

肖特基晶体管是晶体管和肖特基二极管的组合，通过转移极端输入电流来防止晶体管饱和。它也称为肖特基钳位晶体管。

多发射极晶体管

多发射极晶体管是一种专用双极晶体管，经常用作晶体管逻辑(TTL) NAND逻辑门的输入。输入信号施加到发射器。如果所有发射极均由逻辑高电压驱动，则集电极电流会简单地停止流动，从而使用单个晶体管执行 NAND 逻辑处理。多发射极晶体管取代了 DTL 的二极管，并同意减少开关时间和功耗。

双栅极MOSFET

在多种射频应用中特别流行的一种 MOSFET 是双栅极 MOSFET。双栅极 MOSFET 用于许多射频和其他需要串联两个控制栅极的应用。双栅极 MOSFET 本质上是 MOSFET 的一种形式，其中两个栅极沿着沟道的长度一个接一个地组成。

这样，两个栅极都会影响源极和漏极之间流动的电流水平。实际上，双栅极 MOSFET 的操作可被视为与串联的两个 MOSFET 器件相同。两个栅极都会影响 MOSFET 的一般操作，从而影响输出。双栅极 MOSFET 可用于许多应用，包括射频混频器/乘法器、射频放大器、具有增益控制的放大器等。

雪崩晶体管

雪崩晶体管是一种双极结型晶体管，设计用于在集电极电流/集电极发射极电压特性超出集电极发射极击穿电压的区域（称为雪崩击穿区域）进行处理。该区域的特点是雪崩击穿（类似于汤森气体放电的现象）和负微分电阻。雪崩击穿区域中的操作称为雪崩模式操作：它使雪崩晶体管能够以小于纳秒的上升和下降时间（过渡时间）切换非常高的电流。

并非专门为此目的设计的晶体管可以具有相当一致的雪崩特性；例如，吉姆·威廉姆斯 (Jim Williams) 写道，在 12 年期间制造的 15V 高速开关 2N2369 样品中，82% 能够使用 90V 电源生成上升时间为 350 ps 或更短的雪崩击穿脉冲。

扩散晶体管

扩散晶体管是通过将掺杂剂扩散到半导体衬底中而形成的双极结型晶体管(BJT)。扩散工艺的实施晚于用于制造 BJT 的合金结和生长结工艺。贝尔实验室于 1954 年开发出第一个原型扩散晶体管。最初的扩散晶体管是扩散基极晶体管。

这些晶体管仍然有合金发射极，有时还有合金集电极，就像早期的合金结晶体管一样。仅碱扩散到基底中。有时，衬底产生集电极，但在像 Philco 的微合金扩散晶体管这样的晶体管中，衬底是基极的主体。

晶体管类型的应用

功率半导体的适当应用需要了解其最大额定值和电气特性以及器件数据表中提供的信息。良好的设计实践采用数据表限制，而不是从小批量样品中获得的信息。额定值是对设备能力设置限制的最大值或最小值。超过额定值的行为可能会导致不可逆转的退化或设备故障。最大额定值表示设备的极限能力。它们不能用作设计环境。

特性是在各个操作条件下对设备性能的度量，以最小值、特性值和/或最大值表示，或以图形方式显示。

因此，这就是关于什么是晶体管以及不同类型的晶体管及其应用的内容。我们希望您能更好地理解这个概念或实施电气和电子项目，请在下面的评论部分发表您的宝贵建议。这里有一个问题问你，晶体管的主要作用是什么？

3D NAND，可以怎么玩？

相信我们都有所体会，当我们在购买苹果手机时，不同的内存大小价格也差距很大，这个内存指得就是闪存（Flash），苹果是第一家利用闪存来存储数据的公司。闪存又包括NOR Flash和NAND Flash二种，不过NOR Flash的容量较小一般为1Mb-2Gb，而NAND Flash能提供极高的单元密度，可达到高存储密度，适用于大量数据的存储，因此也是主流的闪存技术。从2018年开始，全球大多数的智能手机都已开始使用3D NAND存储芯片，不仅是智能手机，3D NAND芯片在数据中心、云、服务器、SSD、PC等领域也非常受欢迎。

在3D NAND技术推出之前，NAND闪存均为2D平面形式。2D NAND架构的原理就像是在一个有限的平面上盖平房，平房的数量越多，容量也就越大。过往存储芯片厂商将平面NAND中的单元尺寸从120nm扩展到1xnm 节点，实现了100倍的容量。不过随着单元尺寸达到14纳米的物理极限，2D结构在扩展存储容量方面有着很大的局限性（当工艺尺寸达到一定阶段之后，闪存就很容易因为电子流失而丢失其中保存的数据）。

随着2D NAND的微缩达到极限，2007年东芝（现在的铠侠）提出了3D NAND结构的技术理念，3D NAND是行业的一个创新性方向。与减少每个节点单元尺寸的平面NAND不同，3D NAND使用更宽松的工艺，大约介于30 纳米到 50 纳米之间，它通过增加垂直层数来获得更大的存储容量。因此，我们也可以看到，目前主流的存储芯片制造商均在竞相通过增加3D NAND垂直门数，以此来提高存储密度。他们已经规划了下一代3D NAND产品，包括232层/238层，甚至更大到4xx层甚至8xx层。虽说都在盖楼，但是各家盖楼所采用的架构却有所不同。

3D闪存的概念图（图源：铠侠）

架构一：V-NAND，代表厂商：三星

2013年，三星率先推出了V-NAND闪存，其中的V代表Vertical，垂直的意思，这是一种通过垂直堆叠3D空间中的穿孔连接其单元层的解决方案。三星是世界上第一家开发和商业化3D内存解决方案的公司，也为存储器行业创造了全新的范例。

2013年，三星所开发的第一个 V-NAND闪存仅有24层，目前三星的V-NAND已经发展到第八代，它共有200多层。2022年11月7日，三星宣布已开始量产具有200层以上的第八代1 TB的3D NAND (V-NAND)，并计划根据消费者需求将其推向市场。而且三星的目标是到2030年实现1000层。V-NAND闪存不断发展，每一代新的V-NAND都带来了显着的性能提升，以及更低的功耗。

三星86 Gbit 32层第二代V-NAND的横截面

在此，值得一提的是，在V-NAND 128层以前，三星的V-NAND采用的是单层蚀刻技术，它通过圆柱形通道连接电池，能够一次堆叠超过100层，并通过10亿多个孔互连。除了其创新的结构，V-NAND还采用了电荷陷阱闪存 (CTF) 技术来消除单元间干扰。通过在电池中引入非导电的氮化硅层，CTF技术使V-NAND技术免受电荷泄漏和数据损坏的影响。凭借着这一超高纵横比 (UHAR) 孔蚀刻支持的单层技术，三星一直主导着128层的3D NAND。

但是单次刻蚀最多也就到128层，因此，在 128 层设备之外，许多竞争对手采用的都是双层方法，例如美光将两个88层的结构相互堆叠，从而形成一个176层的器件；英特尔的144L 3D QLC设计已经转向了3层堆栈：48 + 48 + 48层，这种方法更容易实施。层数越少，执行HAR蚀刻步骤就越容易。

到了第七代512Gb 176层的TLC芯片，三星开始采用COP（Cell-on-Periphery）结构，后续1Tb 238L TLC产品将是第二代COP TCAT V8 V-NAND。COP结构的存储单元阵列区域位于外围设备上方，但COP结构还是有部分外围设备仍位于单元外部，这意味着必须减少单元阵列以及单元阵列下方和旁边的外围区域，来减小芯片尺寸。

各家存储厂商3D NAND不同架构的比较

（图源：techinsights）

架构二：CuA，代表厂商：美光/英特尔

美光从第一代32层3D NAND就开始采用这种在芯片的外围逻辑上构建其3D NAND阵列的方法，美光将之称为是CuA（CMOS-under-array）。该架构为容量增长、密度、性能和成本改进提供了一种扩展方法。将NAND的位单元阵列堆叠成更多层，每平方毫米硅片提供更多bit，从而实现更高的密度和更低的每bit成本。

2022年7月下旬，美光宣布了其232层3D NAND，据美光称，此232层的3D NAND实现每平方毫米最高的TLC密度(14.6 Gb/mm2)。面密度比同类TLC产品高35%到100%。据美光的信息，该3D NAND设备分成六个平面（当今市场上的许多NAND设备只有两个平面，也有的前沿设计采用四个平面分区来通道命令和数据流），以实现更高的并行度，从而提高性能。在每个芯片的基础上，增加的并行性通过支持可以同时向 NAND 设备发出更多的读写命令，提高了顺序和随机访问的读写性能。就像高速公路一样，车道越多，拥堵越少，通过给定区域的交通流量就越大。目前美光的232 层 NAND已出货。

232层，2 stack CuA NAND

（图源：美光）

英特尔和美光此前研发了FG CuA 3D NAND，在此科普一下，NAND闪存的存储单元技术大致分为浮栅（FG）技术和电荷陷阱（CT）技术。FG技术存储单元有一个栅极（浮动栅极），它在单元晶体管的控制栅极和沟道之间电浮动，通过向浮动栅极注入电荷（改变单元晶体管的阈值）来写入数据。

此前的2D NAND闪存所使用主流技术正是FG技术，不过随着NAND闪存技术从2D走向3D，除了英特尔-美光联盟外，各大厂商都放弃了FG技术，转而采用CT技术，如上文中提到的三星。采用CT技术的主要原因是CT技术在制造通孔存储器时比FG技术简单。而FG 技术因其卓越的数据保留特性、高温特性和优于CT技术的可控性而受到高度评价。

英特尔-美光联盟开发的3D NAND闪存技术共有三代，第一代是结合了32层内存通孔和TLC（3bit/cell）型多级内存的硅die，内存容量为384Gbit。第二代全面引入了CuA技术,将层数增加一倍至64 层（2个32 层堆叠）的硅芯片，并与 TLC 和 QLC（4 bit/cell）多级存储器技术相结合实现了商业化。第三代达到96层（2个48 层堆叠），存储容量与二代持平，硅面积减少至76%左右。

Intel-Micron联盟的3D NAND闪存技术

（图源：pc.watch）

Intel 第四代的144层转向自研，该NAND string首次在source和bitline之间由三层（upper deck，middle deck，lower deck和48L）组成，并为TLC和QLC设备保留了FG CuA结构。每个deck都可以分配给 QLC 或 SLC 块的任意组合，以充分受益于英特尔在存储系统中的新的block-by-deck概念。

不过英特尔已经退出了3D NAND市场，以90亿美元的价格将该业务出售给了SK海力士。

架构三：BiCS，代表厂商：铠侠/WD/SK海力士

铠侠（Kioxia）和西部数据（WD）正在联合开发名为 BiCS Flash的3D NAND。铠侠的前身是东芝，如开头所述，东芝是世界上第一个发明闪存（1987年）并且提出3D NAND技术的公司。早在Kioxia还是东芝的时候，就与SanDisk建立了闪存合作伙伴关系，后来西部数据收购了SanDisk，东芝成为了Kioxia，两家便成立了合资企业Flash Ventures（FV），成为合作伙伴。FV由WD / Kioxia各拥有50/50的份额，晶圆产能也被分成50/50的份额。

KIOXIA于2007年在学术会议上提出了BiCS FLASH™“批处理技术”的概念。据铠侠对BiCS FLASH™“批处理技术”的解释是：在BiCS FLASH™中，有一个板状电极作为控制栅(下图中的绿色板)和绝缘体交替堆叠，然后垂直于表面同时打开(冲孔)大量的孔。接下来，在板状电极中打开的孔的内部部分填充(堵塞)电荷存储膜(粉红色部分)和柱状电极(灰色部分为柱状结构)。在此条件下，板状电极与柱状电极的交点为一个存储单元。在BiCS FLASH™存储单元中，电子在穿过柱中心的电极（灰色结构）和电荷存储膜（粉红色）之间交换。这样，存储单元不是一层一层地堆叠起来，而是先堆叠板状电极，然后在它们之间开一个孔，连接电极，这样就形成了所有层的存储单元一次性降低制造成本。

BiCs的基本流程

（图源：铠侠）

2015年铠侠&西部数据推出了48层BiCS 3D NAND ，2017年为64层，2018年为96层，2020年达到112层。2021年，铠侠和西部数据宣布了他们的第六代 BiCS 3D NAND 技术，该技术有162层，这也是采用CuA概念的第一款产品。西部数据透露的路线图中显示，下一代“BiCS+”将在2023 年底推出，层数应增加到200多个。

西部数据的NAND发展路线图

（图源：西部数据）

作为全球最主要的NAND闪存公司之一，SK海力士是最后一家开发3D NAND闪存技术的公司。据Tech insights的分析，从2015年到2019年，SK Hynix陆续开发了四种类型的存储单元阵列：2015年至2016年开发的首个存储单元阵列采用类似于Kioxia开发的称为“ SP-BiCS”的单元阵列“ P-BiCS”的结构，似乎是32层；2017年其又开发了存储单元阵列的改进版本—“ DP-BiCS Gen1”，估计为48层；2018年，SK海力士开发了一种名为“ DP-BiCS Gen2”的存储单元阵列，该阵列具有将存储堆栈分为两个“层”（也称为“甲板”）的结构，估计为72层。

SK海力士的3D NAND架构发展

（图源：Tech insights）

架构四：4D PUC，代表厂商：SK海力士

2018年11月，从第四代96层3D NAND开始，SK海力士推出了新的命名法——4D PUC（Periphery Under Cell），PUC是一种将外围电路重新定位到电池底部的技术，如下图所示。尽管有这个名字，该公司并没有在四维空间中创建产品，“4”这个数字所代表的其实是一种先进性（而不是指进入第四维度）。它是3D架构变体的商品名，首批所谓的4D NAND设备提升了CTF（电荷撷取闪存）NAND阵列下的外围电路，从而在芯片上节省更多空间，并进一步降低生产成本。按照SK海力士的说法，与3D相比，4D 产品单位单元面积更小，生产效率更高。

SK海力士对4D NAND的解释

（图源：SK海力士）

98层之后，SK海力士陆续开发出128层、176层3D NAND。2022年8月，SK海力士宣布已开发出世界最高238层4D NAND闪存，也是尺寸最小的NAND，预计2023年上半年开始量产。SK 海力士目前的4D NAND技术现已被公认为行业标准。

PUC架构使得4D NAND允许在固定区域内实现高密度，减小了芯片尺寸，但缺点是堆叠技术可能在未来达到极限。SK海力士计划以多站点电池（MSC）为核心来克服这一障碍，通过微制造将现有电池分成两个较小的电池来存储数据，减少电池堆叠的数量，同时水平扩展电池密度，这也是SK海力士 4D 2.0的技术概念的核心要素之一。

架构五：Xtacking，代表厂商：长江存储

3D闪存中除了存储阵列之外这些外围电路会占据相当大的芯片面积，可以看出，上述这些存储厂商所采用的架构大多是是将外围电路放到存储单元下方。而长江存储所采取的是与其他公司完全不同的方法——Xtacking。

Xtacking技术是把存储阵列和外围电路分开来做，分别在两个独立晶圆上加工，虽然NAND闪存不适合用更先进的制程来加工，但是外围的电路却可以。两部分选用合适的工艺节点完成后，完成的内存阵列晶圆通过数十亿个垂直互连通道(VIAs)连接到外围晶圆。如下图所示，将外围电路位于内存之上，然后通过铜混合键合技术堆叠并连接它们，可实现更高的位密度。但是这种粘合技术仍然很昂贵。

图源：长江存储

总结

迄今为止，主流的3D NAND架构大抵有以上这五种：V-NAND、BiCS、CuA（COP）、4D PUC和Xtacking。然而就像盖高楼大厦一样，简单的堆层数不是最终目的，高楼不仅要高，还要保证可以通过安全高效的电梯轻松抵达，即每个存储芯片内部的V-NAND能否以更快、更高效、更省电的方式继续上升？这就非常考验各家的本领。随着NAND技术的进步，局限性也将浮出水面。

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3D NAND，可以怎么玩？

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