1、存儲(chǔ)器芯片的使用現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)文獻(xiàn)綜述班級(jí)：XXX姓名：XXX學(xué)號(hào)：XXX一、選題背景存儲(chǔ)器廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)、國(guó)家安全等重要領(lǐng)域，是 一種重要的、基礎(chǔ)性的產(chǎn)品。當(dāng)前，伴隨著第五代移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的快速發(fā) 展，存儲(chǔ)器的需求量迅速增加，存儲(chǔ)容量、存取速度、功耗、可靠性和使用壽命等指標(biāo)要 求也越來(lái)越高。世界各大企業(yè)在這方面出現(xiàn)“百家爭(zhēng)鳴、百花齊放”的大好局面，涌現(xiàn)出 多種新型存儲(chǔ)器，并且工藝水平和性能都在不斷提高，給消費(fèi)者提供了更多的選擇空間。二、相關(guān)問(wèn)題現(xiàn)狀研究綜述我們一般會(huì)將存儲(chǔ)器劃分為，易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器，這種劃分是根據(jù)斷電 后數(shù)據(jù)是否丟失而決

2、定的?，F(xiàn)有技術(shù)中，整個(gè)存儲(chǔ)器芯片行業(yè)主要有三種種產(chǎn)品：DRAM NAND FLASIHNOR FLASH DRA 是易失性存儲(chǔ)器的代表，NAND Flash 和 NORFLASI 是非易失性存儲(chǔ)器的代表。盡管按照不同的分類(lèi)特點(diǎn)，可形成存眾多種類(lèi)的儲(chǔ)存芯片，但 從該行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分析，上述三種存儲(chǔ)器毫無(wú)疑問(wèn)是全球重點(diǎn)廠商最為關(guān)注的產(chǎn)品領(lǐng)域。NANtFLAS和DRAI都是硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件，在摩爾定律和海量數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)需求的推動(dòng)下，不斷向大容量、高密度、快速、低功耗、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。但隨著特 征尺寸不斷減小至接近原子級(jí)，傳統(tǒng)平面型結(jié)構(gòu)遇到無(wú)法跨越的性能障礙，存儲(chǔ)器的性能 和可靠性達(dá)到極限，而

3、且新工藝節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)成本迅速增加，進(jìn)一步降低預(yù)期收益。因此，存儲(chǔ)器向兩大方向轉(zhuǎn)型發(fā)展：一是繼續(xù)沿用硅基材料，用垂直堆疊替代特征尺 寸微縮，從平面轉(zhuǎn)向立體結(jié)構(gòu)；二是使用新材料和新結(jié)構(gòu)研制新興傳感器技術(shù)。前者的挑 戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)出可實(shí)現(xiàn)8層到32層甚至64層連續(xù)堆疊的材料和生產(chǎn)工藝，并保證每一層存儲(chǔ) 器性電性能的一致可控。后者的挑戰(zhàn)是論證開(kāi)發(fā)配套生產(chǎn)工藝，并保證新材料不會(huì)對(duì)既有 生產(chǎn)線造成污染、產(chǎn)品性能優(yōu)于現(xiàn)有存儲(chǔ)器和可長(zhǎng)期可靠使用等。新材料、結(jié)構(gòu)和物理效應(yīng)方面研究的不斷突破，使得其他新興存儲(chǔ)器技術(shù)也因此得到 發(fā)展。新興存儲(chǔ)器以大容量、低功耗、高速讀寫(xiě)、超長(zhǎng)保存周期、數(shù)據(jù)安全等為發(fā)展目 標(biāo)，包括利用自發(fā)極化

4、現(xiàn)象開(kāi)發(fā)的鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器（FRAM、利用電致相變現(xiàn)象的相變存儲(chǔ)器（PCM、利用磁電阻效應(yīng)開(kāi)發(fā)的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM利用電致電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)開(kāi)發(fā)的電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器（RRAM，以及賽道存儲(chǔ)器、鐵電 晶體管隨機(jī)存儲(chǔ)器（FeTRA）導(dǎo)電橋梁隨機(jī)存儲(chǔ)器（CBRAM內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器（CAM 等。鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器（FRAM：它包含由錯(cuò)鈦酸鉛制成的鐵電薄膜，其中心原子可在外加 電場(chǎng)時(shí)順著電場(chǎng)方向在晶體里移動(dòng)，并在通過(guò)能量壁壘時(shí)引起電荷擊穿，該擊穿可被內(nèi)部 電路感應(yīng)并記錄，當(dāng)移去電場(chǎng)后中心原子保持不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)。與一般 非易失性存儲(chǔ)器相比，F(xiàn)RA的耐受性和讀寫(xiě)速度分別提升1萬(wàn)和500音、功耗降低70%

5、并具有極高的安全性和防篡改能力、長(zhǎng)達(dá)10年的數(shù)據(jù)保存期、與標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝 兼容等優(yōu)點(diǎn)。相變存儲(chǔ)器（PCM：它利用含鍺、銻、碲合成材料在不同相間的電阻差異進(jìn)行信息 的非易失性存儲(chǔ)，具有與DRA相媲美的位可修改和快速讀寫(xiě)能力；“可執(zhí)行”特性可將 程序代碼與數(shù)據(jù)分開(kāi)，適用于手機(jī)等數(shù)據(jù)處理量較大的應(yīng)用；數(shù)據(jù)保存期長(zhǎng)達(dá)10年，并與 讀寫(xiě)次數(shù)無(wú)關(guān)；易微縮，且微縮更利于優(yōu)化功耗和性能。目前，PCI的主要研發(fā)廠商包括 英特爾、美光、恒憶、舊M等。2012年7月，美光 公司開(kāi)始量產(chǎn)采用45納米制成全球首 個(gè)1Gb PC產(chǎn)品，并投入手機(jī)和平板電腦的應(yīng)用，使啟動(dòng)時(shí)間更短、功耗更低、續(xù)航能力 更長(zhǎng)。2015年5

6、月，舊M在PC 口的研究中取得重大突破，有效解決PCI多層存儲(chǔ)單元中存在的電阻漂移現(xiàn)象和溫度影響兩大問(wèn) 題，有力推動(dòng)PCI的繼續(xù)發(fā)展。磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM它依據(jù)不同磁化方向致磁電阻不同的原理來(lái)進(jìn)行信息的非 易失性存儲(chǔ)，具有與傳統(tǒng)存儲(chǔ)器相同的高讀寫(xiě)速度和高集成度、大于20年的數(shù)據(jù)保存期、 大于1014次的讀寫(xiě)次數(shù)、超低功耗和超強(qiáng)抗輻射能力等優(yōu)點(diǎn)。電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器（RRAM：它依托具有記憶功能的線性電阻在不同電流呈現(xiàn)不同阻 值的特性來(lái)進(jìn)行信息的非易失性存儲(chǔ)，具有制備簡(jiǎn)單、讀取時(shí)間少于10納秒、寫(xiě)入時(shí)間約為0.1納秒、存儲(chǔ)密度高、半導(dǎo)體工藝兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。目前，RRAI 仍處于研制階段，主要參研單

7、位包括三星、比利時(shí)微電子研究中心（IMEQ、松下、美 光、閃迪和初創(chuàng)公司Crossbar等。盡管隨著技術(shù)的發(fā)展，新興存儲(chǔ)器的性能不斷得到優(yōu)化，但新興存儲(chǔ)器仍只是對(duì)現(xiàn)有 存儲(chǔ)器的一種補(bǔ)充，距離完全替代尚無(wú)明確的時(shí)間預(yù)期。在我國(guó)集成電路市場(chǎng)需求中，存儲(chǔ)器一直是占據(jù)市場(chǎng)份額最大、增速最快的產(chǎn)品類(lèi) 型，如存儲(chǔ)器占2015年我國(guó)集成電路總用量的第一位，占比達(dá)到25.4%。我國(guó)國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ) 器技術(shù)雖然不斷突破，但主要還是依靠進(jìn)口滿(mǎn)足使用需求，這不僅 導(dǎo)致了大量外匯的流 失，還給我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全帶來(lái)巨大潛在危險(xiǎn)。以下是我國(guó)存儲(chǔ)芯片與國(guó)外的制造工藝對(duì)比:存儲(chǔ)器名稱(chēng)|用途邏輯芯片（如主板NOR FLASHBI

8、OS存儲(chǔ)器）我國(guó)制造工藝量產(chǎn)55nm國(guó)外制造工藝量產(chǎn) 28-55nm3D閃存芯片SSD量產(chǎn)（48層）3D NAND FLASH （如：實(shí)驗(yàn)室（9 層）內(nèi)存條和移動(dòng)內(nèi)存芯 DRAM55nm （技術(shù)儲(chǔ)備）量產(chǎn)20-55nm片通過(guò)存儲(chǔ)芯片的技術(shù)水平對(duì)比，我國(guó)目前僅能批量生產(chǎn)55nm級(jí)別的NORFLASH用于主板BIOS芯片等小容量、寫(xiě)入慢的邏輯芯片。3D NAN閃存也僅在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下，完成9層結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)器功能的電學(xué)驗(yàn)證。DRA則干脆處 于技術(shù)儲(chǔ)備、規(guī)劃當(dāng)中，短期內(nèi)無(wú)量產(chǎn)可能從目前來(lái)看，3D NAN是未來(lái)發(fā)展必然趨勢(shì)，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)要求的不斷深入，考慮復(fù)雜工藝的成本要求，現(xiàn)階段市場(chǎng)主流的

9、通過(guò)平面工藝制程縮減難度增加， 在存儲(chǔ)器競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)邁入16nm關(guān)口后，已經(jīng)變得不再劃算。因此全球各存儲(chǔ)器主要生 產(chǎn)廠家都開(kāi)始了積極研發(fā)布局基于三維結(jié)構(gòu)的3D NAN D從2015年開(kāi)始，部分產(chǎn)品會(huì)逐漸進(jìn)入量產(chǎn)階段，Nanc的3D封裝趨勢(shì)很快會(huì)到來(lái)。三、個(gè)人觀點(diǎn)及總結(jié)存儲(chǔ)器不僅在計(jì)算機(jī)，而且在手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)等應(yīng)用市場(chǎng)已成為巨大需求。眼 下，各類(lèi)存儲(chǔ)器在新材料、新制造工藝的帶動(dòng)下不斷發(fā)展和完善。未來(lái)存儲(chǔ)器在追求大容 量、高速度的同時(shí)，仍將繼續(xù)保持低功耗和低成本，業(yè)界對(duì)新的存儲(chǔ)技術(shù)正在進(jìn)行著不懈 探索。但是從目前的信息資料來(lái)看，至少是未來(lái)3年內(nèi)DRAM NAND FLAS和NOR FLASH是主流。另外，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)芯片自主國(guó)產(chǎn)化是眼前我國(guó)存儲(chǔ)器芯片發(fā)展的根本。收購(gòu)國(guó) 外存儲(chǔ)芯片廠家則是拓展加速，雙管齊下的目的是為了加速存儲(chǔ)芯片的自主生產(chǎn)進(jìn)程。存 儲(chǔ)芯片國(guó)產(chǎn)化是一項(xiàng)艱巨的工程，必須要敢于啃硬骨頭，存儲(chǔ)芯片的四大特性決定了國(guó)產(chǎn) 化工程離不開(kāi)政府的強(qiáng)力支持。我國(guó)做存儲(chǔ)器芯片產(chǎn)業(yè)一定要正向面對(duì)主戰(zhàn)場(chǎng)，除了資金 支持外，政府應(yīng)當(dāng)從人才到產(chǎn)業(yè)鏈配套等領(lǐng)域全面持續(xù)加大對(duì)存儲(chǔ)芯片產(chǎn)業(yè)的支持，這樣 才能在不斷提升我國(guó)的存儲(chǔ)器芯片產(chǎn)業(yè)鏈自主程度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)趕超。參考文獻(xiàn)馬欣我國(guó)“存儲(chǔ)芯片”產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望研究科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊.2