【半导体存储】关于NAND Flash的一些小知识

摘要：非易失性存储器芯片在断电后亦能持续保存代码及数据，分为闪型存储器（Flash Memory）与只读存储器（Read-OnlyMemory），其中闪型存储器是主流，而闪型存储器又主要是NAND Flash 和NOR Flash。

前言

作为一名电子专业的学生，半导体存储显然是绕不过去的一个坎，今天聊一聊关于Nand Flash的一些小知识。

这里十分感谢深圳雷龙发展有限公司为博主提供的两片CS创世SD NAND的存储芯片，同时也给大家推荐该品牌的相关产品。

一、定义

存储芯片根据断电后是否保留存储的信息可分为易失性存储芯片（RAM）和非易失性存储芯片（ROM）。

非易失性存储器芯片在断电后亦能持续保存代码及数据，分为闪型存储器（Flash Memory）与只读存储器（Read-OnlyMemory），其中闪型存储器是主流，而闪型存储器又主要是NAND Flash 和NOR Flash。

NAND Flash 存储单元尺寸更小，存储密度更高，单位容量成本更低，块擦/写速度快，具有更长的寿命，多应用于大容量数据存储，如智能手机、PC、平板电脑、U 盘、固态硬盘、服务器等领域。

NOR Flash 读取速度更快，具备可在芯片内执行程序（XIP）的特点，在传输效率、稳定性和可靠性方面更具优势，通常用于小容量数据存储，适宜中等容量代码存储（通常在 1Mb~1Gb），在计算机、消费电子（智能手机、TV、TWS 耳机、可穿戴设备）、安防设备、汽车电子（ADAS、车窗控制、仪表盘）等领域均有应用。

二、NAND Flash

NAND Flash的存储单元是数据存储的最小单位，目前闪存已经由数千亿个存储单元组成，通过将电子移入和移出封闭在绝缘体中的电荷存储膜来存储数据。

NAND Flash存储器使用浮栅晶体管，它能在没有电源的情况下存储信息。所有的电路都依赖于某种能量来使整个电池的电荷产生差异，这种能量迫使电子穿过栅极，Nand闪存的浮动栅极系统通过使用第二个栅极在电子穿过电池时收集和捕获一些电子，这使得粘在浮栅上的电子在没有电压的情况下保持原位，在这一过程中不管是否有电源连接，芯片都能继续存储下一个值。

NAND Flash 为大容量数据存储的实现提供了廉价有效的解决方案，是目前全球市场大容量非易失存储的主流技术方案。

三、NAND Flash分类

NAND闪存卡的主要分类以NAND闪存颗粒的技术为主，NAND闪存颗粒根据存储原理分为SLC、MLC、TLC和QLC，从结构上又可分为2D、3D两大类。

Flash按技术主要分为SLC、MLC、TLC和QLC四大类，对应不同的空间结构，这四类技术可又分为2D结构和3D结构两大类；2D结构的存储单元仅布置在芯片的XY平面中，为了提高存储密度，制造商开发了3D NAND或V-NAND(垂直NAND)技术，该技术将Z平面中的存储单元堆叠在同一晶圆上。

3D NAND, 即立体堆叠技术，如果把2D NAND看成平房，那么3D NAND就是高楼大厦，建筑面积成倍扩增，理论上可以无限堆叠，可以摆脱对先进制程工艺的束缚，同时也不依赖于极紫外光刻（EUV）技术。

与2D NAND缩小Cell提高存储密度不同的是，3D NAND只需要提高堆栈层数，目前多种工艺架构并存。从2013年三星推出了第一款24层SLC/MLC 3D V-NAND，到现在层数已经迈进200+层，并即将进入300+层阶段。目前，三星/西部数据/海力士/美光/铠侠等几乎垄断了所有市场份额，并且都具有自己的特殊工艺架构，韩系三星/海力士的CTF，美系镁光/英特尔的FG，国内长江存储的X-tacking。