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

25.03. SK Hynix разместила у ASML крупнейший публичный заказ на EUV-оборудование на $8 млрд

25.03. МегаФон в Красноярском крае - покрытие 4G расширено в 16 муниципальных округах

25.03. МТС в Республике Бурятия - мобильный интернет ускорен в курортном поселке Жемчуг

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

24.03. Билайн в Санкт-Петербурге - мобильный интернет оператора в метро признан лучшим по оценкам DMTEL

24.03. Билайн бизнес сообщает о расширении возможностей связи для предпринимателей

24.03. Кризис расползается по цепочке поставок

24.03. TSMC наращивает мощности в США, спрос на чипы высок, а выручка в 2026 году может вырасти на 30%

24.03. МТС в Приморском крае организовал новый трансграничный переход интернет-трафика с China Mobile

24.03. Практика российских бигтехов – только 7-10% пилотных ИИ-проектов 2025 года дошли до полноценного внедрения

24.03. Запущены первые 16 спутников БЮРО 1440

23.03. В России могут начать работы над литографом для техпроцесса 90 нм в 2026 году

23.03. Samsung Electronics вложит рекордные 110 трлн вон

23.03. МТС разместила биржевые облигации серии 002P-17 на 10 млрд

23.03. Билайн в Нижегородской области - покрытие 4G расширено в столице и в сельских населенных пунктах

Все статьи >>


Новости

30.03. Все iPhone 18 получат уменьшенный Dynamic Island, но рамки останутся прежними

30.03. OnePlus Nord CE6 Lite получит Dimensity 6300, батарея 7000 мАч и цену до 23 000 рупий

27.03. Представлены iQOO Z11 и Z11x – 9050 мАч, 165 Гц и IP69 за 290 долларов

27.03. iPad (2026) получит чисет A18, 8 ГБ RAM и тот же дизайн

26.03. Vivo X300s – 200 МП, перископ, батарея 7100 мАч и защита IP69

26.03. Представлены Samsung Galaxy A57 и A37 с IP68, Exynos 1680 и прежними камерами

25.03. OnePlus 15T – компактный флагман с батареей 7500 мАч, защитой IP69K и экраном 165 Гц

25.03. Samsung Galaxy Z Fold8 – 200 МП, 8-дюймовый экран и батарея 5000 мАч

25.03. Первый тизер Tecno Spark 50 5G раскрывает дизайн новинки

24.03. Huawei Enjoy 90 Plus и Enjoy 90 – Kirin 8000, батареи 6620 мАч и доступные цены

24.03. Huawei Enjoy 90 Pro Max – Kirin 8000, батарея 8500 мАч и экран 120 Гц за 250 долларов

23.03. Redmi 15A 5G – 6300 мАч и 120 Гц за «реальные деньги»

23.03. Xiaomi 17T и 17T Pro засветились в IMDA

20.03. Lenovo представила компактный Y700 с двумя USB-C и большие Xiaoxin Pro

20.03. iQOO Z11 с батареей 9020 мАч и экраном 165 Гц представят 26 марта

19.03. Ulefone RugKing 5 Pro – 20 000 мАч, 1202 светодиода и ночное видение за 270 долларов

19.03. Oppo A6s 5G – 80-ваттная зарядка и IP69 за 18 999 рупий

19.03. FOSSiBOT F116 Pro – компактный защищенный смартфон с креплением для экшн-камеры

18.03. Samsung Galaxy M17e 5G – ребрендинг A07 с батареей 6000 мАч за 140 долларов

18.03. Oppo Watch X3 – титан, сапфир и мониторинг глюкозы