Горизонты технологий: Вертикальные 2T0C-ячейки и архитектура 4F²: путь к монолитной 3D DRAM

MForum.ru

Горизонты технологий: Вертикальные 2T0C-ячейки и архитектура 4F²: путь к монолитной 3D DRAM

04.01.2026, MForum.ru


Исследовательские группы во всем мире ведут активные работы по поиску альтернатив классической DRAM-ячейке, развитие которой все сильнее ограничивается физическими и технологическими барьерами. Одной из наиболее перспективных концепций считается безконденсаторная DRAM-ячейка архитектуры 2T0C (2 транзистора, без конденсатора), способная обеспечить дальнейшее масштабирование плотности памяти и создать основу для монолитной 3D DRAM.

Ограничения традиционной DRAM

Классическая DRAM-ячейка строится на архитектуре 1T1C и занимает площадь порядка 6F², где F — минимальный технологический размер. Хранение информации осуществляется за счет заряда в отдельном конденсаторе, размещение которого становится все более сложным по мере уменьшения геометрических размеров.

Дополнительной проблемой является трудность вертикального масштабирования: формирование высокоаспектных конденсаторов усложняет производство и ограничивает возможности многослойной интеграции.

Архитектура 2T0C и площадь 4F²

В архитектуре 2T0C отдельный накопительный конденсатор отсутствует. Хранение данных осуществляется за счет паразитной емкости и зарядовых эффектов в транзисторных структурах.

Типовая ячейка состоит из двух транзисторов — одного для записи и одного для чтения — что позволяет реализовать ячейку площадью порядка 4F², то есть примерно в 1,5 раза меньше, чем у традиционной 6F² 1T1C-ячейки.

Такое сокращение площади достигается благодаря применению вертикально-канальных транзисторов и компоновок с двойным затвором (dual-gate), где элементы могут размещаться друг над другом, формируя компактную объемную структуру.

Роль оксидных полупроводников (IGZO)

Ключевым элементом современных 2T0C-реализаций является использование тонкопленочных транзисторов на основе оксида индия-галлия-цинка (IGZO). По сравнению с кремнием IGZO обладает существенно меньшим током утечки, что критически важно для безконденсаторных DRAM-ячеек. Низкая утечка позволяет удерживать заряд в ячейке в течение сотен секунд, даже при повышенных температурах (до 85 °C).

Дополнительным преимуществом IGZO является возможность формирования транзисторов при относительно низких температурах, что делает такие структуры совместимыми с BEOL-процессами и, следовательно, пригодными для наращивания слоев памяти поверх логических схем.

 

Институт микроэлектроники Китайской академии наук. На ней изображена схема и картинка, полученная на электронном микроскопе массива памяти 4F² 2T0C.,

изображение - Институт микроэлектроники Китайской академии наук. Показана схема и картинка массива памяти 4F² 2T0C, полученная на электронном микроскопе

 

Экспериментальные результаты и прототипы

На уровне исследовательских прототипов продемонстрированы следующие характеристики:

  • Площадь ячейки: порядка 4F²
  • Архитектура: вертикальные IGZO-транзисторы с двойным затвором
  • Тип ячейки: 2T0C
  • Многоуровневое хранение (MLC): до 4 бит информации в одной ячейке
  • Время записи: десятки наносекунд (порядка 50 нс)
  • Удержание данных: сотни секунд при температуре до 85 °C

В ряде работ применяются самовыравнивающиеся технологические подходы, включая процессы формирования металлических электродов с in-situ окислением, что позволяет повысить повторяемость параметров и уменьшить вариабельность ячеек.

Монолитная 3D DRAM как ключевое преимущество

Основным стратегическим преимуществом 2T0C-архитектуры является возможность создания монолитной 3D DRAM, в которой слои памяти формируются непосредственно на одном кристалле, без склеивания готовых чипов, как это делается в современных HBM-решениях. Такой подход потенциально снижает энергопотребление, увеличивает пропускную способность и упрощает интеграцию функций «обработки в памяти» (Processing-in-Memory, PiM).

Участники исследований и промышленный контекст

Значительный вклад в развитие данной технологии внесли международные исследовательские центры, включая imec (Бельгия), а также научные группы в Китае — в частности, Институт микроэлектроники Китайской академии наук (IME CAS) в сотрудничестве с рядом университетов и профильных академий. Эти работы демонстрируют жизнеспособность вертикальных 4F² 2T0C-ячеек, однако пока остаются на уровне лабораторных и предсерийных прототипов.

Крупные производители памяти — Samsung, SK hynix и другие — также исследуют пути перехода к ячейкам меньшей площади и 3D-архитектурам, включая использование оксидных каналов. Однако коммерческих продуктов DRAM на основе IGZO-2T0C на сегодняшний день не анонсировано.

💎 Перспективы развития

В краткосрочной перспективе наиболее вероятным сценарием остается внедрение 4F²-архитектур с сохранением конденсатора (2T1C) в традиционных DRAM-чипах. Безконденсаторные 2T0C-ячейки рассматриваются как следующий этап эволюции, реализация которого потребует дополнительных лет исследований, отработки технологических процессов и подтверждения надежности на промышленных объемах.

Таким образом, 2T0C-DRAM с вертикальными IGZO-транзисторами сегодня представляет собой одну из наиболее перспективных, но все еще исследовательских технологий, способных в будущем радикально изменить подход к масштабированию и трехмерной интеграции.

--

За новостями наземного и спутникового телекома удобно следить в телеграм-канале abloud62. Региональные новости телекома, новости искусственного интеллекта и ЦОД вы найдете в канале abloudRealTime, новости микроэлектроники можно найти в моем канале RUSmicro, также подключайтесь к каналу Бойко про телеком ВКонтакте

теги: горизонты технологий микроэлектроники память техпроцессы IGZO 4F² 2T0C 3D DRAM

-- 

© Алексей Бойко, MForum.ru


Публикации по теме:

16.03. Бесшовный фотонный интерфейс чип-окружающая среда: прорывы 2025–2026 годов

12.03. UMC и HyperLight объединили усилия для массового производства чиплетов на основе TFLN

12.03. IBM и Lam Research объединяют усилия для разработки логики суб-1 нм

10.03. Европа и Китай синхронно демонстрируют успех лазерной связи с геостационарными спутниками

10.03. Потери света в фотонных чипах приближены к показателям оптоволокна

07.03. В Новосибирске разработали устройство, позволяющее исследовать оптические свойства материалов для микроэлектроники терагерцевых частот

06.03. China Mobile представила на MWC2026 маршрутизатор 115,2 Тбит/с для соединения ИИ-кластеров и технологию GSE-DCI

04.03. Nvidia готовит процессор для инференса на базе технологий Groq, OpenAI станет якорным клиентом

04.03. Нейросетевой кодек NESC обещает эпоху массовой спутниковой связи

03.03. В Сибири изучают возможности создания элементов памяти на квантовых точках

02.03. Nokia, Samsung, MSI хотят интегрировать ИИ в RAN, а Nvidia хочет в телеком – просматривается кейс win-win

27.02. В Пекинском университете создали лабораторный прототип транзистора FeFET с графеновым затвором длиной 1нм

24.02. ASML добилась удвоения мощности источника света в EUV-машинах

24.02. В 2026 году в России может появиться фотолитограф нового поколения?

17.02. В Европе разработали новый класс полупроводников на базе GeSn

09.02. Интерфейс «мозг-компьютер» (ИМК) и влияние этого сегмента на рынок микроэлектроники

04.02. Кремниевый чип разогнали до 140 ГГц

03.02. SpaceX намеревается создать распределенный ИИ на орбитах о 500 до 2000 км

02.02. Alstom и Deutsche Bahn использовали выделенную сеть 5G SA для удаленного управления пригородным поездом

11.01. Учёные МФТИ открыли путь к лазерам на алмазах

Обсуждение (открыть в отдельном окне)

В форуме нет сообщений.

Новое сообщение:
Complete in 2 ms, lookup=0 ms, find=2 ms

Последние сообщения в форумах

Все форумы »



Поиск по сайту:


Колонка редактора

08.05. Китай одобрил выделение спектра в диапазоне 6 ГГц для испытаний 6G

08.05. Кремниевые осцилляторы вместо кубитов - корейский путь к сверхбыстрым вычислениям

08.05. Канадский центр фотонного производства "приватизируют"

08.05. Intel передала студентам Вьетнама оборудование для сборки и тестирования микросхем

08.05. Huawei расширяет «офлайн-звонки»

08.05. Билайн в Тюменской области - покрытие 4G и домашний интернет расширены в восьми жилых комплексах

08.05. МегаФон в Оренбургской области - мобильный интернет ускорен в Бугуруслане

07.05. SpaceX представила планы строительства Terafab в Техасе с оценкой стоимости в $55 млрд

07.05. OpenAI завершила формирование совместного предприятия DeployCo с группой фондов прямых инвестиций

07.05. МТС запустил переводы для физлиц на кошельки WeChat Pay без комиссии

07.05. Билайн в Удмуртской республике - покрытие 4G обеспечено indoor-оборудованием в 4 ТЦ Ижевска

07.05. Росэл сообщает о начале серийного производства новой модификации отечественных светочувствительных КМОП-матриц с разрешением 4К

07.05. "Минцифры сообщает об отсутствии планов по отключению и ограничению мобильного интернета в Москве 7-8 мая"

07.05. МТС в Якутии - сеть LTE усилена в районе строительства Ленского моста

06.05. Индия дозрела до собственной низкоорбитальной группировки

Все статьи >>


Новости

11.05. Huawei Watch Fit 5 и Watch Fit 5 Pro выходят на глобальный рынок

11.05. Acer Iconia iM11 5G – Dimensity 7050, 5G и 7400 мАч за $249

08.05. OnePlus Nord CE6 Lite с 7000 мАч, 144 Гц LCD и Dimensity 7400 Apex представлен официально

08.05. OnePlus Nord CE6 с АКБ 8000 мАч, AMOLED-экраном 144 Гц и Snapdragon 7s Gen 4 представлен официально

07.05. Honor Play 11 Plus – 7000 мАч, 120 Гц AMOLED и Dimensity 6500 Elite за $320

07.05. Honor Play 70C – Helio G81 Ultra, 5300 мАч и Android 15 за $90

06.05. Honor Play 80 Plus – 7500 мАч, Snapdragon 4 Gen 4 и AI-кнопка за $249

06.05. Samsung Galaxy S27 Ultra получит переменную диафрагму в основной камере?

06.05. Samsung Galaxy A27 – круглый вырез камеры, Snapdragon 6 Gen 3 и 12 МП фронталка

05.05. Xiaomi Smart Band 10 Pro – 1.74" AMOLED, алюминиевый корпус и 21 день работы

05.05. iQOO 15T – 200 МП камера, 8000 мАч, 100 Вт и Dimensity 9500

05.05. Lenovo Legion Y70 (2026) – 2K-экран, 8000 мАч и SD 8 Gen 5

04.05. 7 мая представят Huawei Nova 15 Max – 8500 мАч, 50 МП RYYB и AMOLED

04.05. Moto G47 – 108 МП камера, FHD+ 120 Гц, Dimensity 6300 и защита MIL-STD-810H

04.05. iPhone Pro (2027) –изогнутый с 4-х сторон экран и подэкранная камера?

30.04. Tecno Spark 50 Pro 5G – Helio G100 Ultimate, 60 Вт и дизайн от Pova Curve 2

30.04. Официальные рендеры Moto G87 раскрывают 200 МП камеру, OLED-экран и дизайн как у G86

29.04. Poco C81 Pro – 6.9" 120 Гц, 6000 мАч и Unisoc T7250 за $99

29.04. Vivo TWS 5i – 50 часов работы, DeepX 3.0 и Bluetooth 5.4 за 17 долларов

29.04. Vivo Y600 Pro получил АКБ 10 200 мАч с зарядкой 90 Вт и IP69 при толщине 8.25 мм