Chipsatz für 3G TD-SCDMA von Analog Devices
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die TwinFlash-Technologie
Die TwinFlash-Technologie von Infineon nutzt lokale Ladungen, die auf der rechten oder linken Seite des Gate sitzen, um Daten zu speichern, während Floating-Gate-Technologien auf verschiedenen Ladungsmengen basieren, die über das gesamte Gate verteilt sind (Bild 2). Die Gate-Architektur ist bei TwinFlash-Bausteinen etwas weniger komplex als bei Floating-Gate-Technologien, was zu einer geringeren Anzahl von Masken führt.
Die Basistechnologie verwendet dielektrische ONO-Materialien (Oxid-Nitrid-Oxid) zur Ladungsspeicherung. Die Programmierung erfolgt über „Channel Hot Electron Injection“, das Löschen läuft über eine durch Tunnelung verbesserte „Hot-Hole-Injection“. Dadurch ergeben sich zusammenfassend folgende signifikante Vorteile gegenüber Floating-Gate-Technologien:
- Eine deutliche Reduzierung des Raumbedarfs pro Bit gegenüber SLC-Flash-Chips, was zu einer höheren Dichte bei einer vorgegebenen Chip-Größe führt.
- Ein vereinfachter Produktionsprozess mit weniger Masken.
- Die Bits werden zuverlässiger gehalten.
- Größere Skalierbarkeit (CMOS-abhängig).
Die TwinFlash-Prozess-Technologie läuft auf existierendem DRAM-Equipment, wodurch nur minimale, zusätzliche Investitionen in Fertigungsausrüstung für die Produktion erforderlich sind. Folglich ist die Kostenstruktur pro Wafer mit der von DRAM-Produkten vergleichbar. Verglichen mit konkurrierenden Floating-Gate-Bausteinen mit einer Single-Bit-per-Cell-Struktur und vergleichbaren Prozessstrukturen erreichen die TwinFlash-Bausteine dank des „Zwei-Bits-pro-Zelle“-Ansatzes eine um 40 Prozent reduzierte Chip-Größe (basierend auf der gleichen Prozess-Strukturgröße). Außerdem ergibt sich durch die geringere Anzahl der erforderlichen Masken eine sehr konkurrenzfähige Position bei den Produktionskosten. Die ersten Produkte basieren auf ei-ner 170-nm-Technologie. Die nächste TwinFlash-Technologie mit 110-nm-Strukturen wird bereits entwickelt, um die Kostenposition weiter zu verbessern und höhere Dichten mit bis zu 2 Gbit zu ermöglichen. Es ist technisch auch machbar, den MLC-Ansatz mit der MBC-Architektur zu kombinieren, was zu einer 4-Bits/Zelle-Architektur führen würde. Dieser Ansatz könnte für zukünftige Produkte genutzt werden. Die TwinFlash-Technologie eignet sich sowohl für NAND- als auch für NOR-Flash-Speicherprodukte. Basierend auf der flexiblen Technologie, können die Produk-tionskapazitäten flexibel gemäß der Nachfrage am Markt angepasst werden.
Der erste 512-Mbit-TwinFlash-Chip arbeitet mit 2,7 bis 3,7 V und steht in einem TSOP-Gehäuse zur Verfügung. Er zielt auf den Markt mit steckbaren Festkörperspeichern wie SD- und Multi-Media-Cards (MMC), Compact-Flash-Karten oder Memory-Sticks, die vorwiegend in digitalen Kameras und PDAs zum Einsatz kommen. NAND-Flash-Speicher sind außerdem das bevorzugte Medium für USB-Flash-Laufwerke, die für den Datenaustausch zwischen PCs und Notebooks genutzt werden, oder für ausgeklügelte USB-Laufwerke in MP3-Spielern oder integrierten digitalen Kameras. NAND-Flash-Chips können Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen, wodurch das Aufzeichnen und Abspielen von Musik und Videos in Echtzeit möglich ist. Da diese Eigenschaften in den jüngsten Mobiltelefonen immer wichtiger sind, werden die Hersteller von Mobiltelefonen ihre Produkte verstärkt mit Daten-Flash ausstatten. Immer mehr Mobiltelefone nutzen Flash-Speicherkarten als flexibles Medium, um Flexibilität, Austauschbarkeit und Skalierbarkeit von Plattformen/Applikationen zu kombinieren. Der Schritt von 2G- zu 2,5G- und voll ausgestatteten 3G-Mobiltelefonen geht mit einem schnellen Wachstum der Flash-Größe für die Datenspeicherung einher. Neue Generationen von 3G-Telefonen sind mit bis zu 80 Mbyte Flash-Speicher für die Code- und Datenspeicherung ausgestattet, außerdem ist noch ein Erweiterungs-Slot für Flash-Speicherkarten vorgesehen, wodurch diese Telefone bereits heute auf bis zu 1 Gbyte aufgerüstet werden können (zum Beispiel für Videoanwendungen).
Marktumfeld für Flash-Speicher
Gartner Dataquest erwartet, dass der weltweite Markt für Daten-Flash-Speicher (NAND) um 30,8 Prozent von 3,36 Mrd. Dollar in 2003 auf 4,4 Mrd. Dollar in diesem Jahr und 5,7 Mrd. Dollar im nächsten Jahr wächst. Während der nächsten fünf Jahre soll der Markt für Flash-Karten ein durchschnittliches Jahreswachstum von 18 Prozent erreichen, wodurch sich das Volumen in Höhe von 2,75 Mrd. Dollar in 2003 auf 4,59 Mrd. Dollar in 2007 erhöhen würde. 2002 hatten die NOR-Produkte einen Marktanteil von 73 Prozent am gesamten Flash-Markt, aber das geschätzte jährliche Durchschnittswachstum (CAGR: Compound Annual Growth Rate) bis 2007 ist für NAND-Speicher größer. So machen NOR-Flash-Speicher zwar weiterhin den größten Umsatzanteil aus, aber NAND-kompatible Typen gewinnen stark hinzu (Kasten). Das hat mehrere Gründe: NAND-Flash-Speicher weisen das bessere Kosten/Mbyte-Verhältnis auf, der Bedarf an Datenspeichern steigt, insbesondere in mobilen Anwendungen, und die benötigte Kapazität von 512 Mbit bzw. 1 Gbit steht heute noch nicht in NOR-Technik zur Verfügung. Die durchschnittliche Speicherkapazität von NOR-Bausteinen in mobilen Telefonen und Settop-Boxen liegt zwischen 16 und 128 Mbit, dagegen weisen NAND-Anwendungen Kapazitäten zwischen 512 Mbit bis hin zu 8 Gbit auf.
Karten mit kleinem Formfaktor
Die Produktpalette von Infineon umfasst derzeit SD- und Multi-Media-Karten (Bild 3). Sie wird demnächst um die dazugehörigen Mini-SDs sowie weitere Formfaktoren erweitert werden. Ein integrierter 32-bit-Controller fungiert dabei nicht nur als logische Schnittstelle, sondern wird in Zukunft zusätzliche Eigenschaften wie Sicherheit, hohe Geschwindigkeit, geringe Spannung etc. ermöglichen.
Die SD-Karte wiegt rund 2 g und ist ein nichtflüchtiger Flash-Speicher. Sie kombiniert hohe Speicherkapazität, schnellen Datentransfer und große Flexibilität mit – ähnlich wie bei den MultiMedia-Karten – sehr kleinen Abmessungen. Anders als bei den Multi-Media-Karten verhindert ein mechanischer Schreibschutzschalter auf der SD-Karte ein versehentliches Überschreiben der Karte und damit das Zerstören der Daten-, Bilder- oder Audio-Dateien. Dem Standard wurde letztes Jahr ein Mini-Formfaktor (miniSD) hinzugefügt. Typische Kapazitäten einer SD-Karte sind derzeit 64 Mbyte, 128 Mbyte und 256 Mbyte.
MMCs sind die weltweit kleinsten, steckbaren Aufnahmemedien für eine breite Palette an mobilen Anwendungen einschließlich MP3-Spieler, tragbare Videospiele, PDAs, mobile Telefone und digitale Kameras. Die Multi-Media-Karte wurde von Infineon mit entwickelt und schon im November 1997 auf den Markt gebracht. Multi-Media-Karten haben sich zum hauptsächlichen Speichermedium in mobilen Telefonen entwickelt. Da die Größe der entscheidende Faktor in Mobiltelefonen ist, findet derzeit in der Industrie ein Wechsel zu alternativen Mini-Formfaktoren statt. Das umspritzte Gehäuse hat eine einfache, serielle Schnittstelle mit sieben Pins, die eine einfache Integration in viele Hardware-Plattformen ermöglicht, die in heutigen tragbaren Geräten zu finden sind.
Mit einem Gewicht von unter 2 g und der Größe einer Briefmarke speichern diese komfortablen, zuverlässigen, robusten, leichten und standardisierten Datenträger heute bereits bis zu 256 Mbyte an Daten; also genug Speicher für über vier Stunden digitale MP3-Musik mit CD-Qualität oder rund 160 000 Buchseiten. Da die Speicherkapazitäten schnell ansteigen, wird erwartet, dass bereits im ersten Halbjahr 2005 Dichten von 1 Gbyte zur Verfügung stehen werden.
 | Dr. Peter Kücher trat 1986 bei Siemens Corporate Research in München ein und leitete danach mehrere europäische ESPRIT- und JESSI-Projekte für die Entwicklung von Halbleiter-Prozessen und -Materialien. 1998 wurde er General Manager des Joint-Venture Semiconductor300 von Siemens und Motorola in Dresden und im Oktober 2000 Vice President und General Manager der Infineon Technologies SC300 GmbH & Co. KG. Seit Februar 2003 ist er als Geschäftsführer der Infineon Technologies Flash GmbH & Co. verantwortlich für die Flash-Produkte bei Infineon. E-Mail: peter.kuecher@infineon.com |
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