3D Flash Memories

این کتاب خواننده را در مرحله بعدی تکامل فناوری حافظه فلش NAND، یعنی توسعه حافظه های فلش سه بعدی، که در آن چندین لایه سلول حافظه در یک قطعه سیلیکون رشد می کنند، راهنمایی می کند. این کتاب اصول کار، معماری دستگاه، تکنیک‌های ساخت و پیاده‌سازی‌های عملی آن‌ها را توضیح می‌دهد و به این نکته اشاره می‌کند که چرا فلاش سه بعدی یک فناوری کاملاً جدید است.

پس از بررسی روند بازار برای درایوهای NAND و حالت جامد (SSD)، کتاب به جزئیات خود سلول حافظه فلش می پردازد و هم فناوری های دروازه شناور و هم فناوری های تله شارژ در حال ظهور را پوشش می دهد. انبوهی از مواد مختلف و طرح های یکپارچه سازی عمودی وجود دارد. سلول های حافظه جدید، مواد جدید، معماری های جدید (3D Stacked، BiCS و P-BiCS، 3D FG، 3D VG، معماری های پیشرفته 3D). اساسا، هر سازنده NAND راه حل خاص خود را دارد. فصل 3 تا فصل 7 یک نمای کلی از نحوه تحقق سه بعدی ارائه می دهد. موج 3 بعدی بر حافظه های در حال ظهور نیز تأثیر می گذارد و فصل 8 آرایه های متقاطع RRAM سه بعدی (رم مقاومتی) را پوشش می دهد. تجسم ساختارهای سه بعدی می تواند یک چالش برای مغز انسان باشد: به این ترتیب تمام این فصل ها شامل تعداد زیادی نماهای چشم پرنده و مقاطع عرضی در امتداد 3 محور هستند.

بخش دوم کتاب به این موضوع اختصاص دارد. سایر جنبه های مهم، مانند فناوری بسته بندی پیشرفته (به عنوان مثال TSV در فصل 9) و کدهای تصحیح خطا، که برای چندین دهه برای بهبود قابلیت اطمینان فلاش مورد استفاده قرار گرفته اند. فصل 10 تکامل از BCH قدیمی به جدیدترین کدهای LDPC را شرح می دهد، در حالی که فصل 11 به برخی از جدیدترین پیشرفت ها در زمینه ECC می پردازد. آخرین اما نه کم اهمیت، فصل 12 به حافظه های فلش سه بعدی از منظر سیستم می پردازد.

آیا 14 نانومتر آخرین مرحله برای سلول های مسطح است؟ آیا می توان 100 لایه را در یک قطعه سیلیکون ادغام کرد؟ آیا 4 بیت/سل با سه بعدی امکان پذیر است؟ آیا 3D به اندازه کافی برای برنامه های سازمانی و مراکز داده قابل اعتماد خواهد بود؟ اینها برخی از سؤالاتی هستند که این کتاب با ارائه بینش هایی در مورد طراحی حافظه فلش سه بعدی، فناوری پردازش و برنامه های کاربردی به پاسخ به آنها کمک می کند.

This book walks the reader through the next step in the evolution of NAND flash memory technology, namely the development of 3D flash memories, in which multiple layers of memory cells are grown within the same piece of silicon. It describes their working principles, device architectures, fabrication techniques and practical implementations, and highlights why 3D flash is a brand new technology.

After reviewing market trends for both NAND and solid state drives (SSDs), the book digs into the details of the flash memory cell itself, covering both floating gate and emerging charge trap technologies. There is a plethora of different materials and vertical integration schemes out there. New memory cells, new materials, new architectures (3D Stacked, BiCS and P-BiCS, 3D FG, 3D VG, 3D advanced architectures); basically, each NAND manufacturer has its own solution. Chapter 3 to chapter 7 offer a broad overview of how 3D can materialize. The 3D wave is impacting emerging memories as well and chapter 8 covers 3D RRAM (resistive RAM) crosspoint arrays. Visualizing 3D structures can be a challenge for the human brain: this is way all these chapters contain a lot of bird’s-eye views and cross sections along the 3 axes.

The second part of the book is devoted to other important aspects, such as advanced packaging technology (i.e. TSV in chapter 9) and error correction codes, which have been leveraged to improve flash reliability for decades. Chapter 10 describes the evolution from legacy BCH to the most recent LDPC codes, while chapter 11 deals with some of the most recent advancements in the ECC field. Last but not least, chapter 12 looks at 3D flash memories from a system perspective.

Is 14nm the last step for planar cells? Can 100 layers be integrated within the same piece of silicon? Is 4 bit/cell possible with 3D? Will 3D be reliable enough for enterprise and datacenter applications? These are some of the questions that this book helps answering by providing insights into 3D flash memory design, process technology and applications.