在数字时代，数据存储技术如同信息社会的“基石”，支撑着从智能手机到云计算中心的海量数据流转。在众多存储技术中，半导体存储凭借其高速、微型化的优势占据核心地位，而浮栅技术与电荷陷阱技术则是半导体存储单元设计中两种具有代表性的方案，它们通过不同的电荷存储机制推动着存储产品的迭代升级。了解这两种技术的底层逻辑及其相关专利布局，不仅能帮助我们理解存储芯片的发展脉络，也能看到技术创新背后的知识产权竞争。
浮栅技术的诞生源于科学家对“如何在半导体中稳定存储电荷”这一问题的探索。其核心设计是在半导体衬底与控制栅极之间，插入一层被绝缘材料（通常是氧化硅）完全包裹的导电层，这层导电层就是“浮栅”。形象地说，浮栅就像一个被多层绝缘膜密封的“电荷容器”，当外部电压施加到控制栅极时，电子可以通过隧穿效应（一种量子力学现象，即使电子能量不足以越过绝缘层，也能“穿过”绝缘层到达浮栅）进入浮栅并被长久“锁”在里面，存储的电荷量多少对应着数据的“0”和“1”状态。这种结构的优势在于电荷存储稳定性高，早期被广泛应用于需要频繁擦写的存储场景，例如早期计算机的BIOS芯片和手机中的固件存储模块。
从专利视角看，浮栅技术的发展与专利保护密不可分。通过科科豆平台检索早期半导体存储专利文献可见，20世纪70年代末至80年代初，浮栅相关专利的申请量开始显著增长。其中，美国Intel公司在1980年公开的一项关于浮栅存储单元结构的专利，首次通过优化浮栅与控制栅之间的绝缘层厚度和材料，实现了电荷的稳定存储与重复擦写，这一专利奠定了早期EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）的技术基础。此后，随着技术迭代，浮栅专利的创新方向逐渐聚焦于缩小存储单元尺寸、提升擦写速度等方面，例如东芝公司在90年代公开的一项浮栅叠层结构专利，通过将多个浮栅单元垂直堆叠，初步探索了存储密度提升的可能。
与浮栅技术不同，电荷陷阱技术采用了另一种电荷存储思路——它不再依赖独立的导电浮栅层，而是利用绝缘材料内部的“陷阱中心”来捕获和存储电荷。这些陷阱中心通常由绝缘层（如氮化硅）中的杂质原子或结构缺陷形成，相当于在绝缘材料内部制造了无数个“微型电荷捕获点”。当控制栅极施加电压时，电子被注入到氮化硅层中，被这些陷阱中心“捕获”并固定在特定位置，同样通过电荷量的差异实现数据存储。这种结构的最大特点是省去了浮栅导电层，使得存储单元的结构更简单，在工艺上更易于实现垂直堆叠，这为后续3D NAND闪存的发展埋下了伏笔。
电荷陷阱技术的专利布局起步相对较晚，但随着存储技术向高容量、低功耗方向发展，其专利价值迅速凸显。根据知网收录的《半导体存储技术发展综述》显示，2000年后电荷陷阱相关专利的申请量呈现爆发式增长，这与NAND闪存从平面结构向3D堆叠结构转型的行业趋势高度吻合。三星电子在2010年前后公开的一系列关于3D NAND电荷陷阱层材料优化的专利颇具代表性，这些专利通过调整氮化硅层的掺杂浓度和厚度，有效解决了传统浮栅结构在高堆叠层数下出现的电荷泄漏和工艺复杂度问题，使得3D NAND的堆叠层数从早期的24层提升至如今的500层以上。此外，美光科技在电荷陷阱层与隧道氧化层界面优化方面的专利，通过引入氧化铝过渡层，进一步提升了电荷存储的稳定性和擦写寿命，这些技术创新共同推动电荷陷阱技术成为当前主流3D NAND闪存的核心方案。
在实际应用中，浮栅技术与电荷陷阱技术的差异化优势决定了它们的市场定位。浮栅技术因其电荷存储稳定性较高，至今仍在一些对数据可靠性要求严苛、容量需求较小的场景中发挥作用，例如汽车电子中的存储芯片和工业控制设备的固件存储模块；而电荷陷阱技术则凭借其在堆叠结构中的工艺优势，主导了大容量存储市场，我们日常使用的SSD固态硬盘、智能手机中的UFS存储芯片，其存储单元大多采用电荷陷阱结构。根据行业研究机构公开数据，2023年全球3D NAND市场规模中，基于电荷陷阱技术的产品占比超过95%，这一数据也反映在相关专利的活跃度上——通过八月瓜平台对近年存储技术专利的统计可见，电荷陷阱技术相关专利的引用频次和同族专利数量均显著高于浮栅技术，显示出其在当前技术领域的主导地位。
国内企业在存储技术领域的专利布局也呈现出类似趋势。近年来，华为、长江存储等企业在电荷陷阱技术领域的专利申请量快速增长，其中长江存储在2022年公开的一项关于3D NAND电荷陷阱层界面优化的专利，通过引入氧化铪过渡层改善了电荷存储寿命和数据保持能力，该技术已成功应用于其第二代128层3D NAND产品中，推动了国内存储芯片的自主化进程。与此同时，部分企业仍在浮栅技术的特定应用场景中进行专利布局，例如中颖电子在小家电MCU（微控制单元）存储模块中申请的浮栅结构优化专利，通过简化工艺步骤降低了生产成本，展现出不同技术路线在细分市场的持续创新活力。
随着人工智能、大数据等技术的发展，数据存储需求正以指数级增长，这对存储技术的密度、速度和功耗提出了更高要求。浮栅技术与电荷陷阱技术的发展历程表明，每一次存储技术的突破都伴随着核心专利的诞生与布局，而专利的竞争本质上是技术路线话语权的竞争。未来，无论是浮栅技术在特定场景的持续优化，还是电荷陷阱技术向更高堆叠层数、更先进材料体系的探索，都将继续围绕专利展开，推动存储技术向更高效、更可靠的方向演进。
浮栅专利和电荷陷阱专利在技术原理上有什么区别？ 浮栅专利技术是通过在浮栅中存储电荷来实现数据存储，而电荷陷阱专利技术则是利用绝缘层中的陷阱来捕获和存储电荷。 浮栅专利和电荷陷阱专利的应用场景有何不同？ 浮栅专利常用于传统的闪存存储设备，如U盘等；电荷陷阱专利更适用于对存储密度和可靠性要求较高的场景，如嵌入式存储。 浮栅专利和电荷陷阱专利在性能上哪个更优？ 这取决于具体需求。电荷陷阱专利通常在写入速度、耐久性上表现较好，浮栅专利在数据保持能力上相对有优势。
有人认为浮栅专利技术已经过时，电荷陷阱专利可以完全取代它。实际上，虽然电荷陷阱专利有一定优势，但浮栅专利在某些对成本敏感、对数据保持要求高的应用场景中仍有不可替代的作用，二者是共存互补的关系。
《半导体存储技术》 推荐理由：这本书详细介绍了半导体存储技术的发展历程，包括浮栅和电荷陷阱技术的原理、应用和市场定位，是理解存储技术发展的权威资料。
《知识产权与技术创新》 推荐理由：该书深入探讨了知识产权在技术创新中的作用，特别是专利布局对技术路线选择的影响，有助于理解浮栅与电荷陷阱技术背后的专利竞争。
《存储芯片技术与市场分析》 推荐理由：这本书提供了存储芯片技术的最新进展和市场趋势分析，包括浮栅和电荷陷阱技术在不同应用场景中的表现，为读者提供了全面的市场视角。
《量子效应在半导体存储中的应用》 推荐理由：本书专注于量子效应在半导体存储中的应用，特别是隧穿效应在浮栅技术中的作用，为理解浮栅技术的物理基础提供了深入的视角。
《3D NAND闪存技术》 推荐理由：该书详细介绍了3D NAND闪存技术的发展，包括电荷陷阱技术在3D NAND中的应用，是了解当前主流存储技术的必备资料。
在数字时代，数据存储技术至关重要，半导体存储是核心，浮栅技术与电荷陷阱技术是半导体存储单元设计的典型方案。 浮栅技术在半导体衬底与控制栅极间插入被绝缘材料包裹的导电“浮栅”，通过隧穿效应存储电荷，电荷存储稳定性高。其专利发展始于20世纪70年代末，早期Intel的专利奠定了EEPROM技术基础，之后创新聚焦在缩小尺寸和提升速度等方面。 电荷陷阱技术利用绝缘材料内部“陷阱中心”捕获和存储电荷，结构简单，利于垂直堆叠。2000年后相关专利申请量爆发式增长，三星、美光的专利推动其成为主流3D NAND闪存核心方案。 在实际应用中，浮栅技术用于对数据可靠性要求高、容量需求小的场景；电荷陷阱技术主导大容量存储市场。国内企业也在两种技术领域布局，长江存储在电荷陷阱技术有突破，中颖电子在浮栅技术特定场景创新。 未来，随着数据存储需求增长，存储技术将围绕专利竞争，推动其向更高效、可靠方向发展。
知网收录的《半导体存储技术发展综述》
行业研究机构公开数据
科科豆平台检索早期半导体存储专利文献
八月瓜平台对近年存储技术专利的统计
长江存储在2022年公开的一项关于3D NAND电荷陷阱层界面优化的专利