現在我們盤點技術熱詞，似乎人工智能和區塊鏈話題熱度呈直線上升。但其實所有這些都構建在閃存的基礎架構上，而閃存作為數據存儲的基石，其可用性，可靠性和性能是對用戶的最基本保障，因此如何從基礎設施角度對閃存的可靠性，可用性以及測試方法展開研究無論是業內企業還是研究機構而言都至關重要。

2018年12月12日，中國存儲與數據峰會，存儲可靠性與測試技術論壇上，華中科技大學副教授吳非老師為我們帶來了《3D CT閃存性能和可靠性分析和優化方法研究》的主題演講。主要內容為3D堆疊閃存機理分析，3D CT閃存性能特性和可靠性特性分析，以及快速擬合讀參考電壓優化讀性能方法。而站在CT隊列的代表方則主要有東芝，三星，SK海力士，長江存儲等。

以下為演講實錄：

現在的3D閃存有兩種組織架構，Floating Gate（浮柵）和Charge Trap（電荷捕獲）。我今天主要分享關于Charge Trap目前的可靠性。

華中科技大學的存儲研究極具歷史性，我們的前輩從六十年代開始就從事硬盤到SSD到各種存儲系統，海量的存儲系統和云存儲，到今天的各種微型存儲器研究，科研隊伍達到500人，甚至超過了一些中型企業的人數。

首先來看一下閃存。兩年前，我們基本上切換到了3D堆疊的閃存模式，3D NAND包含兩大陣營，陣營一以英特爾和美光為代表，采用的是Floating Gate（浮柵）型3D堆疊閃存，陣營二以東芝、三星，SK海力士和我國的長江存儲為代表，他們采用的是Charge Trap（電荷捕獲）結構。

其中，兩種結構的本質區別是Charge Trap的結構明顯可以看到中間的存儲層很薄，而Floating Gate存儲層特別厚，原因在于采用Floating Gate的結構是一個導體，上下兩層有兩個絕緣體構成了氧化層，我們是將電子存在浮柵層里，而Charge Trap中間的存儲層，我們成為電荷捕獲效應，是一個絕緣體，我們知道一個絕緣體的好處在于其電荷存儲進去就像一個網狀結構，電子就被網住不容易出來，因此相對來說，Charge Trap結構的可靠性會更好一些。

Floating Gate的存儲層更薄，原因還在于它是一個導體的形式，隨著我們對它的寫入次數增加，這個層會被磨的越來越薄，因為是導體，它就會像形成一個通路一樣，電荷很容易泄露，我們的數據就沒有辦法在里面正常的存儲，因此Floating Gate的耐久性和Charge Trap比起來，會更差。

而Charge Trap因為是絕緣體，像一個漁網一樣的，電荷被網進以后，不容易跑出，因此這種結構，電荷易進不易出，耐久性就會好一些。但Charge Trap也有它的問題，它的數據保持特性（性能指標）更差，稍后我們來看一下原因。

我們知道數據是基礎，存儲是基石。為了滿足大數據時代的需求，我們要讓存儲容量越大越好，再看今天我們構建的大容量存儲芯片，實際上我們只做了三件事：

1.把“房子”越蓋越高。采用了3D堆疊的方式。

2.“房間”里坐的人越來越多，一個單元存儲多個bit。

3.把“墻”越做越薄，制程工藝越來越小，帶來的問題就是串擾越來越嚴重。

而從系統和設備角度出發，我們要構建一個可靠的設備或存儲介質，必須要清晰地理解這個介質的不可靠性究竟是如何產生的？

現在我們來看一下針對Charge Trap結構的3D閃存。我們對它從性能角度上進行了完整性測試。從測試的結果來看，性能上無外乎是讀寫擦三件事，從它的編程特性來看，隨著P/E Cycle（Program/Erase，編程和擦除周期）的增加，其延遲是越來越小的。

原因是我們在3D閃存的編程里是一個隧穿效應，電子更容易進去了，因此它的編程延遲就更小。而從擦除特性看，它的電荷是易進不易出，Charge Trap結構，實際上氧化層很薄，在寫入過程中，又會產生額外的缺陷，就是導致了負電壓，我們知道，本來就加了一個很高的正電壓，有負電壓后正電壓變小，導致電荷更不容易出來，因此它的編程延遲變得越來越大。同時我們看到，這個特性呈現出了一個很強的階梯特性，前期只需要校驗一次，后期要校驗多次。