3D DRAM作为一种应对DRAM技术挑战的解决方案,正逐渐被视为未来内存市场的关键发展方向。与3D NAND类似,3D DRAM采用了立体堆叠技术来突破传统二维平面架构的局限。
在传统DRAM中,存储单元由一个晶体管和一个电容器组成,晶体管负责信息读写时的电流传输,电容器则储存这些信息。随着电路线宽缩小至10nm及以下,物理限制如电容电流泄漏和干扰问题日益严重。为解决这些问题,业界引入了高介电常数材料沉积技术和极紫外(EUV)设备等新材料和新工艺。
然而,继续微缩制造10nm甚至更先进制程芯片仍然是当前技术研发面临的主要难题。因此,半导体行业借鉴NAND技术的发展经验,开始探索将DRAM从二维平面向三维立体架构转变。在3D DRAM结构中,晶体管被垂直堆叠成多层,从而增大了晶体管间的间距,减少了漏电流和干扰。
理论上,3D DRAM打破了传统内存技术的模式,通过将存储单元垂直堆叠在逻辑单元上方,实现在单位芯片面积内获得更高容量。相较于传统DRAM复杂的读写操作过程,3D DRAM可以直接通过垂直堆叠的存储单元进行数据访问和写入,显著提高访问速度,并具有高容量、高速度、低功耗和高可靠性等优势,满足各类应用需求。
3D DRAM的应用领域广泛,其高速大容量特性有助于提升高性能计算效率和性能;紧凑尺寸和大容量使其成为移动设备的理想内存方案;而其大容量和低功耗特点也能满足物联网实时数据处理和传输的需求。尤其在人工智能时代,AI服务器对存储需求的大幅增长,进一步推动了对3D DRAM技术的需求。
目前,全球DRAM市场高度集中,主要由三星电子、SK海力士和美光科技等公司主导,占据超过93%的市场份额。其中,三星电子等企业已积极开展3D DRAM的研发工作,例如三星正在研究4F2结构的DRAM,目标是在10nm或更先进节点实现该技术,以减少芯片面积并提高密度。此外,SK海力士关注IGZO通道材料在DRAM中的应用,美国公司NEO Semiconductor推出的3D X-DRAM技术以及日本东京工业大学研发团队提出的BBCube 3D技术也都在寻求突破传统DRAM容量限制的新路径。
综上所述,3D DRAM作为应对传统DRAM技术瓶颈的重要策略,各主要玩家正积极探索和投资这一前沿技术,力求在未来的市场竞争中抢占先机,满足不断增长的高性能、大容量存储需求。