imec展示首款3D電荷耦合元件 鎖定AI記憶體應用

比利時微電子研究中心（imec）在2026年IEEE國際記憶體研討會（IMW）上，發表了全球首款實現3D設計的電荷耦合元件（CCD）記憶體元件，該元件搭配氧化銦鎵鋅（IGZO）通道。這款3D CCD功能元件在由三條字元線組成的堆疊內進行穿鑿，形成多條垂直的記憶體區塊，作為相位閘極。

閘極之間的電荷遷移（用來組成位元）可以實現4MHz以上的傳輸速度。在3D NAND快閃記憶體結構內製造這種CCD元件的可行性不僅確保製造符合成本效益，還能達到超越動態隨機存取記憶體（DRAM）的超高位元密度。因此，區塊可定址的3D CCD元件成為具備AI應用潛力的開放式高速互連協定CXL Type 3緩衝記憶體，其設計目標是透過高頻寬CXL交換器來傳輸大容量的資料區塊到多顆處理器。

圖一 : （a）基於三條字元線設計的3D CCD結構示意圖包含底層閘極（BG）、中間閘極（CG）與頂層閘極（TG），以及底部的源極（S）與頂部的汲極（D）；（b）穿透電子顯微鏡（TEM）截面圖顯示這三層閘極的字元線間距為80奈米。

AI對記憶體的需求不斷增加，持續帶給DRAM記憶體技術嚴峻考驗，維持每位元成本的發展趨勢也越來越難。為此，記憶體產業探索更經濟高效的替代記憶體方案，為滿足AI特定的負載需求增添生力軍，與DRAM和基於DRAM的高頻寬記憶體（HBM）相輔相成。同時，新型記憶體介面興起，在使用主記憶體資源方面，可以達到比傳統雙倍資料速率（DDR）匯流排還高的效率。開放式高速互連協定CXL就是其中一例，該記憶體協定透過高頻寬CXL交換器來提供多顆處理器大容量的可用記憶體池。這些所謂的CXL Type 3緩衝記憶體規格有別於DRAM，為導入新型記憶體技術提供絕佳契機。
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