浅谈CT

这里说的CT，不是医院里面的CT，而是闪存的一种技术：Charge Trap。
最近流行一句话：生活不只是眼前的苟且，还有诗和远方。套用一下，闪存不只有Floating Gate，还有Charge Trap。

所谓的Floating Gate闪存，是用Floating Gate来存储电荷，其存储单元如下所示：

通过往浮栅极注入电子，实现数据的写入。注入浮栅极的电子被上下两个绝缘体包围，不会轻易的流失，从而实现数据的存储。浮栅极材料是导体，一般为多晶硅。

在2014年的闪存峰会上，Dr. Simon Sze被授予终身成就奖，以表彰他发明了浮栅极晶体管。据说，浮栅极晶体管的发明灵感是这样来的：有天，Sze和其搭档 Dawon Kahng在公司的食堂一起吃午餐，饭后甜点是奶酪蛋糕。看着夹心蛋糕，他们在想，如果在MOS场效应管中间加个东西，会怎样呢？于是，浮栅极晶体管横空出世。截至2014年某个时间点，据统计，全世界生产的浮栅极晶体管数目达：

1,074,344,929,692,350,000,000

这个数字还在继续增长着。当我把这个事情告诉阿呆时，他说终身成就奖不够，他应该获得诺贝尔奖。我表示赞同。

获奖后，Dr.Simon Sze在庆功宴上，为自己点了一份奶酪蛋糕。

Sze和他的搭档在MOSFET中间加了一个浮栅极，创造了闪存的历史。江山代有才人出，有牛人就在想，你中间加的是浮栅极，是导体，那我换个绝缘体可行？于是，CT技术的晶体管诞生了。

CTF（Charge Trap Flash）与FGF （Floating Gate Flash）最大不同是存储电荷的元素不同，后者是用导体存储电荷，而前者是用高电荷捕捉（Trap）密度的绝缘材料（一般为氮化硅，SI₃N₄）来存储电荷。CTF的绝缘材料上面就像布了很多陷阱，电子一旦陷入其中，就难以逃脱，而FGF是导体材料，电子可以在里面自由移动。有人是这样来形容两者区别的：FGF的浮栅极就像水，电子可在里面自由移动；而CTF就像是奶酪，电子在里面移动是非常困难的。

或者我们把CT材料比作是猎人布下的陷阱，电子好比走兽，一旦掉进去，就很难爬出来；或者也可以比作蜘蛛网，电子好比虫子，一旦沾上，就很难逃脱；类比很多，我们要说的就是，CT中存储的电子，不容易移动。

为什么要强调电子不容易移动？

我们知道，FGF对浮栅极下面的绝缘层（Tunnel氧化物）很敏感，该氧化物厚度变薄（制成减小导致的）或者老化（degradation, 擦写次数多了），浮栅极里面的电子就容易跑出来。浮栅极里面的电子可以自由移动，是从不良绝缘层跑出来的关键。如果里面的电子本来就深陷其中，行动困难，你绝缘层老化，电子还是不容易出来。因此，相对FGF来说，CTF的一个优势就是：对Tunnel氧化层不敏感，厚度变薄，或者擦除导致老化，CTF表示压力不大。

FGF的浮栅极材料是导体。任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体间都构成一个电容器。因此，任何两个存储单元的浮栅极就构成一个电容器，一个浮栅极里面电荷的变化，都会引起别的存储单元浮栅极电荷的变化。

一个浮栅极与其附近的浮栅极之间，都存在耦合电容，这个电容大小与彼此之间距离成反比：距离越短，电容越大，彼此影响越大（回想一下初中物理知识，平板电容器电容公式C=εS/4πkd，其中d就是平板之间距离）。因此，随着闪存制程减小，存储单元之间影响越来越大。因此，Cell-to-Cell interface也是影响制程继续往前的一个因素。

CTF对Cell-to-Cell Interface也表示压力不大，因为存储电荷的是绝缘体，而非导体。

与FGF相比，CTF擦写电压可以更小。为什么？

虽然是个示意图，但CTF实际上也是比FGF更矮：控制极到衬底之间的距离短。因此，要产生相同的tunnel电场，加在控制极的电压可以更小（E=U/d）。更小的写电压，使得tunnel氧化层压力更小，因此绝缘氧化层损耗也慢。当然，还有更省电。

CTF相比FGF，有很多好处，如上面提到的，对tunnel氧化层要求不是那么苛刻；更小的cell-to-cell interface；tunnel氧化层磨损更慢；更节能；据说工艺实现也容易；可以在更小的尺寸上实现。但是，CTF也不是完胜。在Read disturb和Program disturb上，CTF较FGF影响更大。为什么？因为tunnel氧化层可以更薄，同样的导通电压，tunnel电场就更强，因此电子越容易跑到Charge Trap里面。总的看来，CTF的一个特点就是，电子容易进不容易出。

CTF看来很好，但很奇怪的是，2D闪存很少看到CTF，不知道为什么。CT技术现在主要是应用在3D闪存上。

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