深沟渠电容旁，垂直晶体管静静矗立，栅极环抱着通道区，这是芯片世界里一场静默的革命。
深夜的晶圆厂内，机器嗡鸣声不断，工程师们正为新一代存储技术争分夺秒。在某个实验室里，一片搭载全新架构的DRAM芯片刚刚通过测试，它的晶体管不再是传统的平面设计，而是栅极从四面八方包裹着导电通道的垂直结构。
这种被业界称为GAA DRAM的技术，正悄然改变半导体行业的游戏规则。
半导体行业似乎走到了一个十字路口。过去几十年里，芯片性能按照摩尔定律的预测稳步提升，但近年来，这种进步明显放缓。更小、更密集、更强大的芯片需求推动着制造商从平面结构转向复杂的三维设计-2。
芯片制造商正积极努力，争取在未来12-24个月内将逻辑器件的结构转型到环栅(GAA)，并将目光放在3D DRAM上-2。这一转变不只是技术上的小调整，而是代表着半导体行业下一个重要的技术拐点。
这个转折点背后的原因很简单：垂直堆叠可以实现更高的密度-2。在传统平面结构接近物理极限的今天，向上发展成为唯一可行的出路。
咱们得先搞清楚什么是GAA DRAM。简单说，这是一种新型存储器单元，包含一个深沟渠电容器和一个垂直晶体管-1。
这玩意儿跟传统DRAM最大的不同在于它的晶体管设计，它的栅极结构环状围绕通道区，从各个方向实施控制-1。这样的结构有什么好处呢？
由于载子迁移率得到了改善，所以获得了高性能的晶体管，且因通道漏电流被抑制，所以达到了对通道区更好的电气控制-1。
说起来，这技术不是突然冒出来的。三星电子公司首次将GAA技术应用于3纳米制造工艺，被认为是突破半导体小型化局限的突破性技术-4。
目前三星也是唯一实现GAA技术商业化的企业-4。但其他厂商也没闲着，长鑫存储在2023年底的IEDM会议上展示了适用于DRAM的下一代晶体管结构的相关研究-4。
你知道吗？GAA DRAM不仅解决了尺寸缩小的问题，还带来了一系列性能优势。传统的平面晶体管随着尺寸缩小，会出现短沟道效应，导致漏电流增加，功耗变大。
而GAA结构通过栅极全方位包围通道，显著增强了栅极控制能力-3。在实际应用中，这种结构改善了多少呢？咱们来看具体数据。
根据研究，GAA结构可以提高存储单元的稳定性，同时减少电荷共享，这意味着深沟渠电容器的电容性能不会因晶体管设计而变差-1。
对比7纳米FinFET晶体管，三星的MBCFET™技术（一种GAA改进版本）可节省45%的空间，提高50%能效，并提高35%性能-8。这些数字背后，是实实在在的用户体验提升。
当然了，任何新技术都有它的挑战。GAA在概念上可能很简单，但实际制造却给半导体行业带来了巨大挑战-2。
有些围绕着结构的制造展开，另一些则涉及到实现微缩目标所需的新材料-2。其中主要的挑战在于，构建复杂的结构时，必须铺设不同的层，并在之后的步骤中移除其中某些特定元素，比如以原子级的精度移除SiGe-2。
创建能够驱动未来数字技术和设备的先进3D架构需要原子级别的超高选择性和精确度-2。这对制造工艺提出了前所未有的高要求。
不仅如此，从平面结构转向3D，整个芯片设计流程都需要调整。设计师们必须重新学习如何在垂直维度上优化布局，这就像建筑师从设计平房转向设计摩天大楼，思维模式需要彻底转变。
目前，全球研究机构和企业正在探索GAA DRAM的各种可能性。在一项2025年的研究中，科学家们设计了一种基于拱形全环绕栅极隧道场效应晶体管的无电容DRAM-5。
这种设计采用带间隧穿机制，与依赖电荷载体通过通道电场驱动移动的传统DRAM不同-5。模拟结果显示，这种GAA ARCH-TFET DRAM实现了高达108的读取“1”与读取“0”电流比，在358K温度下保持时间超过1秒-5。
长鑫存储的进展也值得关注。虽然该公司表示其论文描述的是基础研究，与当前生产工艺无关-4，但这表明中国半导体产业也在加强自主芯片开发能力-4。
在面临外部技术限制的背景下，这种自主研发的努力尤其重要。
要量产GAA DRAM，制造工艺是必须跨越的障碍。应用材料公司总裁兼首席执行官盖瑞·狄克森指出，晶体管结构从FinFET向GAA的转变，拓展了应用材料的盈利空间-9。
每当晶圆厂增加10万片晶圆的月产能，应用材料的潜在市场就增加10亿美元-9。这侧面反映了GAA技术带来的产业变革规模。
对于制造中的计量和检测，应用材料开发了业界领先的CFE电子束技术，能够将高灵敏度的二维和三维成像速度提升10倍-9。这种检测技术的进步，是GAA DRAM能否顺利量产的关键。
目前，基于GAA晶体管的尖端逻辑芯片正在走向大批量生产-9。虽然主要针对逻辑芯片，但相关制造经验和技术积累，将为GAA DRAM的规模化生产铺平道路。
展望未来，GAA DRAM将如何改变芯片产业格局？对于整个科技行业而言，GAA进步是一个重要的突破-6。它无法让行业完全摆脱已经开始浮现的一些问题，但是这些进步仍然非常重要，足以为行业提供继续向前发展所需的喘息空间-6。
GAA纳米片器件架构作为FinFET技术的后继者，旨在进一步缩小SRAM和逻辑标准单元的尺寸-3。在芯片制造商过渡到CFET技术之前，GAA纳米片技术预计将持续至少三代技术-3。
这意味着，基于GAA的存储技术将在相当长一段时间内保持其重要性。随着人工智能、大数据、自动驾驶和物联网等应用的快速发展，对高性能和低功耗半导体的需求将持续增长-8。
GAA DRAM恰逢其时，有望在这些领域发挥关键作用。
当被问及“GAA DRAM技术什么时候能普及到消费电子产品”时，三星的工程师指着实验室里最新样品说：“它已经在这里了， 只是还需要一点时间从实验室走向你的口袋。”
随着环栅晶体管从逻辑芯片领域扩展到存储芯片，深沟渠电容器和垂直晶体管的结合正在重新定义芯片的物理极限。在纳米片堆叠的微观世界里，电流沿着被栅极全方位包围的通道流动，这场始于实验室的技术革命，最终将流入每一台智能设备的血脉中。
