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:

04.06.2026. Компания Muon Space – еще один претендент на участие в рынке космических ЦОД

03.06.2026. Ученые из Японии и США разработали кремниевый спинтронный p-бит

13.05.2026. «Вечный двигатель» или научный прорыв? Экс-сотрудник NASA привлёк $12 млн на чип, работающий "от квантового вакуума"

08.05.2026. Кремниевые осцилляторы вместо кубитов - корейский путь к сверхбыстрым вычислениям

28.04.2026. Samsung представила кристалл DRAM, созданный по техпроцессу менее 10-нм

26.04.2026. Imec интегрировал модуляторы из ниобата и танталата лития на платформу кремниевой фотоники

24.04.2026. Cisco представила универсальный квантовый коммутатор для будущего квантового интернета

13.04.2026. Инженеры USC создали чип памяти, работающий при температуре 700 °C

24.03.2026. Норвежский стартап Lace Lithography привлек $40 млн на литографию с атомарным разрешением

19.03.2026. Южнокорейские ученые подтвердили возможность длительной работы ИИ-чипов в условиях космической радиации

16.03.2026. Бесшовный фотонный интерфейс чип-окружающая среда: прорывы 2025–2026 годов

12.03.2026. UMC и HyperLight объединили усилия для массового производства чиплетов на основе TFLN

12.03.2026. IBM и Lam Research объединяют усилия для разработки логики суб-1 нм

10.03.2026. Европа и Китай синхронно демонстрируют успех лазерной связи с геостационарными спутниками

10.03.2026. Потери света в фотонных чипах приближены к показателям оптоволокна

07.03.2026. В Новосибирске разработали устройство, позволяющее исследовать оптические свойства материалов для микроэлектроники терагерцевых частот

06.03.2026. China Mobile представила на MWC2026 маршрутизатор 115,2 Тбит/с для соединения ИИ-кластеров и технологию GSE-DCI

04.03.2026. Nvidia готовит процессор для инференса на базе технологий Groq, OpenAI станет якорным клиентом

04.03.2026. Нейросетевой кодек NESC обещает эпоху массовой спутниковой связи

03.03.2026. В Сибири изучают возможности создания элементов памяти на квантовых точках

Обсуждение (открыть в отдельном окне)

В форуме нет сообщений.

Новое сообщение:
Complete in 1 ms, lookup=0 ms, find=1 ms

Последние сообщения в форумах

Все форумы »



Поиск по сайту:


Колонка редактора

18.06. Google снизила стоимость подписки на Google AI Plus и вступила в гонку ценообразования

18.06. МТС задействовала солнечные панели для резервирования электропитания «узловых» базовых станций сети сотовой связи

18.06. В России начали серийное производство портативных раций стандарта TETRA – МиниКом-АНР-3

18.06. Минпромторг отменил конкурс на изготовление опытных образцов установок для обработки необожженных керамических карт

18.06. Корея делает большую ставку на SiC и GaN – получится ли?

17.06. Билайн организовал переходы в свою сеть для клиентов, у которых не совпадает регион проживания и оформления SIM-карты

17.06. МегаФон и China Telecom запустили новый магистральный канал «Хабаровск-Гонконг»

17.06. Tensordyne привлекает все больше интереса за счет ставки на LNS

17.06. МегаФон расширил инфраструктуру в населенных пунктах Кетовского района Курганской области

17.06. Yadro и Postgres Professional будут сотрудничать в области разработки и производства промышленных ПАК для КИ

17.06. Узбекистан выбирает спутниковую связь от Amazon Leo

16.06. Music v2 - легальная коммерциализация и возможность менять жанр в рамках одного трека

16.06. Европейская Ams Osram в марте 2026 года представила технологию создания оптических межсоединений для систем ИИ

16.06. Росатом создал импортзамещающее производство высокочистых веществ: красного фосфора и оксихлорида фосфора

16.06. Билайн улучшил связь еще в трех деревнях Новгородской области

Все статьи >>


Новости

18.06. Redmi Turbo 5 с АКБ 7540 мАч, Dimensity 8500-Ultra и IP69K дебютировал в Индии

18.06. Tecno Pova 8 Pro 5G с Dimensity 7300, 12 ГБ ОЗУ и 1.5K-экраном засветился в Google Play Console

17.06. Tecno Spark 50 Pro – дизайн в стиле iPhone 17 Pro и защита IP69

17.06. Vivo T5 Lite 5G – бюджетный долгожитель с АКБ 6500 мАч и экраном 120 Гц

17.06. Xiaomi 18 принесет смену порядка выхода, рост цен и следование стратегии Apple

16.06. Honor X70 Pro Max – батарея 8560 мАч и цена от 295 долларов

16.06. Официально раскрыты камеры и дисплеи Vivo X Fold 6

15.06. Moto G Max – 200 МП камера, экран 5000 нит и военная прочность за 490 долларов

15.06. Honor X7e Plus 5G сертифицирован в ОАЭ

12.06. OnePlus Turbo 6X и 6X Pro -доступные «батарейные монстры» для Китая от 220 долларов

11.06. Honor подтвердила 7 лет обновлений для Magic V6 и всей Magic-серии в Европе

11.06. Realme P4R 5G – 8000 мАч, 144 Гц и MIL-STD-810H за 200 долларов

11.06. Honor готовит Win Pad Mini: 8-дюймовый OLED-планшет для геймеров с емкой батареей

10.06. Honor X80 Pro Max – 11 000 мАч, 90 Вт и Snapdragon 6 Gen 5

10.06. Infinix Smart 20 – большой 120-герцовый экран и автономность за 145 долларов

10.06. Apple анонсировала список устройств для iOS 27, macOS 27 Golden Gate и watchOS 27: Intel Mac остаются без поддержки

09.06. Появилась уточненная информация о батарее, зарядке и дисплее Redmi K100 Pro

09.06. Samsung Galaxy Z Flip 8 сохранит региональное разделение чипов — Exynos 2600 vs Snapdragon 8 Elite Gen 5

09.06. Samsung Galaxy S27 Pro будет на уровне Ultra, но без S Pen

08.06. Vivo V70 Lite – почти незаметное обновление с упором на автономность