Trong nghiên cứu trình bày tại Hội nghị IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits 2026, công nghệ 3D NAND Samsung có bước tiến khi nhóm POSTECH và Samsung Electronics phát triển kỹ thuật điều khiển hướng tinh thể silicon, giúp 3D NAND 155 tầng kết tinh đồng đều trên kênh dẫn sâu khoảng 6,5 micromet.
Bộ nhớ NAND là loại chip lưu trữ giữ dữ liệu ngay cả khi mất điện, được dùng phổ biến trong điện thoại thông minh, USB và ổ cứng thể rắn. Trong cấu trúc 3D NAND, các ô nhớ được xếp chồng theo chiều dọc thành nhiều lớp để tăng dung lượng, và kênh dẫn silicon nối xuyên qua các lớp này cũng dài hơn theo số tầng.
Vì sao cần điều khiển hướng tinh thể silicon trong 3D NAND?
Silicon trong kênh dẫn thường gồm nhiều tinh thể nhỏ kết lại với nhau. Ranh giới giữa các tinh thể cản trở dòng điện, nên khi kênh càng dài, điện trở càng lớn và tốc độ xử lý dữ liệu càng giảm.
Phương pháp MILC (Metal-Induced Lateral Crystallization – kết tinh ngang cảm ứng kim loại) dùng niken làm xúc tác để tạo silicon chất lượng cao ở nhiệt độ tương đối thấp, nhưng khó kiểm soát hướng mọc của tinh thể. Các tinh thể dạng kim gọi là whisker có thể mọc lệch hướng, va vào nhau khiến quá trình kết tinh dừng lại và để lại niken bên trong kênh, cản trở dòng điện.
Kỹ thuật mới của POSTECH và Samsung Electronics hoạt động thế nào?
Thay vì chỉ điều chỉnh nhiệt độ hay lượng chất xúc tác như các nghiên cứu MILC trước đây, nhóm nghiên cứu tạo ra lớp mầm (seed layer) có định hướng rõ ràng ngay từ điểm bắt đầu kết tinh. Họ sử dụng phương pháp ủ vi sóng MWA (Microwave Annealing) lên màng niken trên đế silicon để tạo lớp mầm nickel silicide (hợp chất niken – silicon) với tinh thể định hướng theo mặt (111).
Giống như lò vi sóng làm nóng phân tử nước trong thức ăn, MWA truyền năng lượng tập trung vào vùng tiếp xúc giữa niken và silicon, giúp tạo lớp mầm ở nhiệt độ thấp mà không cần đốt nóng toàn bộ đế. Lớp mầm này sau đó được chuyển lên bề mặt kênh của 3D NAND, khiến tinh thể silicon mọc theo đúng định hướng đã định và whisker kéo dài thành một hướng thay vì mọc ngẫu nhiên.
Kết quả của công nghệ 3D NAND Samsung và hướng phát triển
Thử nghiệm trên cấu trúc 3D NAND 155 tầng cho thấy kênh dẫn sâu khoảng 6,5 micromet được kết tinh đồng đều từ phía trên đến đáy kênh.
| Thông số | Kết quả |
|---|---|
| Cấu trúc thử nghiệm | 3D NAND 155 tầng |
| Chiều sâu kênh dẫn | khoảng 6,5 micromet |
| Hướng tinh thể lớp mầm | (111) |
| Chất xúc tác | niken (Ni) |
| Phương pháp tạo lớp mầm | ủ vi sóng MWA |
Giáo sư Hwang Hyun-sang của POSTECH đánh giá nghiên cứu đưa ra giải pháp thực tế để kết tinh đồng đều toàn bộ kênh ở thế hệ 3D NAND có số lớp tăng thêm. Tác giả chính Kwon Oh-hyuk cho biết việc tạo định hướng cho tinh thể vốn mọc ngẫu nhiên đã xử lý được hai vấn đề cố hữu của MILC là whisker va chạm và niken bị giữ lại trong kênh.
Nghiên cứu được trình bày tại Hội nghị IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits 2026 và được tạp chí Nature Electronics chọn vào mục Research Highlights. Kỹ thuật này được kỳ vọng giúp giảm điện trở kênh và độ phân tán dòng điện của các ô nhớ ở 3D NAND hàng trăm lớp, từ đó cải thiện tốc độ đọc và độ tin cậy.
Nhóm nghiên cứu cho biết vẫn cần bảo đảm tính đồng nhất ở quy mô wafer trong khâu tạo và chuyển lớp mầm, cũng như tích hợp với quy trình sản xuất hàng loạt hiện tại trước khi ứng dụng thực tế. Trong tương lai, công nghệ này có thể mở rộng sang transistor kênh đứng và các loại linh kiện bán dẫn xếp chồng cần kênh dẫn tinh thể chất lượng cao. Nghiên cứu được Samsung Electronics hỗ trợ theo hình thức hợp tác nghiên cứu giữa trường đại học và doanh nghiệp.
Ý nghĩa với người đọc Việt Nam
Đối với người dùng Việt Nam, thông tin này đáng chú ý vì Samsung là thương hiệu điện thoại, ổ SSD và USB rất phổ biến, và 3D NAND là nền tảng lưu trữ trong nhiều thiết bị số được sử dụng hằng ngày. Nếu kỹ thuật trên sớm được thương mại hóa, các thiết bị lưu trữ thế hệ sau có thể đọc dữ liệu nhanh hơn và hoạt động ổn định hơn. Tuy nhiên, hiện mới chỉ là kết quả nghiên cứu và chưa có công bố về thời điểm áp dụng vào sản phẩm.
Theo Hidomin
Ảnh: Nic Wood / Pexels
