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

20.04. В ГИСП появился новый отечественный малопотребляющий микроконтроллер К1890КП018

20.04. США заблокировали китайско-европейскую сделку в области полупроводников

20.04. Аналитики прогнозируют расширение фокуса спроса с GPU на CPU и память из-за распространения агентного ИИ

20.04. New Glenn 3 не вывезла… спутник BlueBird 7 потерян

20.04. Китайские лидары научили различать цвета

20.04. Ростов-на-Дону может остаться совсем без мобильной связи?

20.04. Встречи. "Телеком будущего". Часть 1

20.04. И вновь об IMEI

20.04. MWS Cloud запустила Managed Kafka в промышленную эксплуатацию

19.04. 6G - Samsung и Orange высказывают обоснованный скепсис в отношении нового "жэ"

19.04. Американский Comcast приостанавливает продажу тарифов с оплатой за гигабайт и обещает «премиальный объем данных» для пользователей своих «безлимитных» тарифов

18.04. Узбекистан и ZTE укрепляют стратегическое партнерство для ускорения цифровой трансформации

17.04. Прибыль Ericsson упала на 79% - компания предупреждает о росте затрат на чипы

17.04. Yadro запускает приём заявок на оплачиваемую летнюю стажировку «Импульс 2026»

17.04. Tesla ищет инженеров для Terafab на Тайване

Все статьи >>


Новости

20.04. Sony Xperia 1 VIII получит квадратную камеру вместо вертикальной полоски

20.04. OnePlus Buds Ace 3 обеспечат 55 дБ шумоподавления и 54 часа работы

20.04. OnePlus Pad 4 получил Snapdragon 8 Elite Gen 5, 13.2" 3.4K 144 Гц и батарею 13 380 мАч

17.04. OnePlus Nord CE 6 Lite – Dimensity 7400, 7000 мАч, а AMOLED заменили на LCD

17.04. Oppo Reno16 Pro получит камеру 200 МП, перископ, Dimensity 9500s и батарея 7000+ мАч

16.04. Vivo T5 Pro – 9020 мАч, 90 Вт, IP69 и Snapdragon 7s Gen 4 от 29 999 рупий

16.04. Oppo F33 и F33 Pro – ребрендинг с AMOLED, 7000 мАч и IP69K

16.04. Poco C81 Pro получи 6.9" дислеей 120 Гц, АКБ 6000 мАч и Unisoc T7250

15.04. Motorola Razr 70 Ultra получит Snapdragon 8 Elite и батарею на 6% больше

15.04. Tecno Spark 50 4G – Helio G81, 7000 мАч и связь без сети за 1.5 км

15.04. T1 Phone от Trump Mobile – $499 за AMOLED 120 Гц и Snapdragon 7

14.04. Redmi A7 Pro 5G – HyperOS 3, Unisoc T8300 и 6300 мАч за 11 499 рупий

14.04. Oppo Pad Mini с 8.8-дюймовым OLED-экраном 144 Гц и Snapdragon 8 Gen 5 представят 21 апреля

14.04. Rollme G9 – умные часы с офлайн-картами, двухдиапазонным GNSS и весом 32 грамма

13.04. Realme Narzo 100 Lite 5G – 7000 мАч "Titan Battery", 144 Гц и Dimensity 6300 за 13 000 рупий

13.04. CMF Phone 3 Pro получит Snapdragon 7s Gen 4 и металлическую рамку

13.04. Анонс Huawei Pura 90 Pro ожидается 20 апреля

10.04. Realme C100 4G – в000 мАч, IP69K и Helio G92 Max за 292 доллара

10.04. AI+ Nova 2 и Nova 2 Ultra – два подхода к бюджетному сегменту в Индии

10.04. Oppo A6s Pro – OLED, 7000 мАч, 80 Вт и Dimensity 6300