目录
- 执行摘要：2025年Ovonic存储材料的状态
- 技术基础：相变和Ovonic内存的解释
- 主要参与者和最近的创新（2024-2025）
- 市场预测：2030年前的增长预测
- 关键应用领域：从人工智能到汽车
- 竞争技术格局：Ovonic与闪存、MRAM和ReRAM
- 材料工程进展：新合金和架构
- 制造挑战和供应链动态
- 可持续性、能源效率和环境影响
- 未来展望：Ovonic内存到2030年的发展路线图
- 来源与参考文献
执行摘要：2025年Ovonic存储材料的状态
Ovonic存储材料主要基于硫族元素的相变合金，已进入了2025年的加速工程创新阶段，这受到对高密度、快速和耐用非易失性存储器的需求增长的推动。关键行业参与者已优化了材料沉积、化学计量控制以及与先进CMOS节点的整合，使得新类型的相变存储（PCM）设备能够用于存储和计算应用。合金工程的重大进展，例如优化锗-锑-碲（GST）系统和引入掺杂剂以增强热稳定性，正在大规模部署，美光科技公司与东芝存储公司领先于企业存储和边缘AI加速器的PCM模块的批量生产。
在2025年，制造能力和耐久性通过接口工程和单元设计的创新得到了显著改善。像英特尔公司这样的公司正在利用先进的Ovonic开关材料来降低设定/复位电流，减少循环之间的变化，并延长设备寿命超过108次开关循环。同时，三星电子正在投资于相变材料与选择器设备的共同集成，旨在将PCM阵列缩小到小于20纳米的尺寸，为千兆位级非易失性存储铺平道路。
此外，内存计算范式的出现加大了对定制的Ovonic材料的需求，以满足其特定的结晶动力学和电阻漂移特性。IBM公司与意法半导体在开发多层单元（MLC）PCM和神经形态计算元素方面处于合作努力的前沿，利用定制的相变合金具有精确的电气和光学阈值。
展望未来，Ovonic存储材料工程的前景强劲。行业路线图预期在原子尺度分层、缺陷钝化和成分调节方面进一步增强，从而支持高性能PCM在云基础设施、汽车电子和边缘AI中的商业推广，预计到2027年实现。随着由JEDEC固态技术协会领导的标准化努力持续推进，生态系统处于持续增长的有利位置，Ovonic材料创新仍将是下一代存储技术的基石。
技术基础：相变和Ovonic内存的解释
Ovonic存储材料是相变存储（PCM）技术的核心，是经过工程设计的硫族合金——特别是基于锗、锑和碲（GST）——展现出在非晶态和晶态之间快速、可逆的转变。这种双稳态支撑了它们在非易失性数据存储中的实用性，能够提供高速、高耐久性和可扩展的存储解决方案。在2025年，工程重点仍然是提高开关速度、耐用性和可扩展性，同时减少功耗并确保在纳米尺寸下的数据保留。
最近Ovonic材料工程的进展体现在集成掺杂剂（如氮、碳和硅），这些掺杂剂能够稳定材料特性并抑制电阻漂移。例如，优化GST的化学计量和掺杂使制造商能够实现小于10纳米的器件缩放，而性能或可靠性损失不大。美光科技公司与英特尔公司已经通过3D XPoint技术引领Ovonic存储的商业化，采用专有的Ovonic材料和堆叠技术实现多层架构，以提高密度并降低每比特成本。
- 开关速度和耐用性：最近的工程进展已显示小于50纳秒的编程和擦除周期，耐久性超过109次写入-擦除循环。持续的材料优化正针对降低复位电流并通过接口工程和新型热管理层(如SK海力士)来改善循环。
- 缩放和3D架构：相变单元的多层堆叠，得益于精细的材料沉积和蚀刻工艺，使得存储阵列能够有超过128个活动层。这相较于平面PCM是一个显著的飞跃，是通过原子层沉积和精确成型工艺的进步得以实现（三星电子）。
- 功耗效率：原子级的工程，包括接口层选择和能带隙调节，使设备能够在较低的编程电压下工作（低至1.2V），这一参数对移动和边缘计算至关重要（意法半导体）。
- 集成前景：截至2025年，试点生产线正在为企业存储和汽车领域提供基于PCM的组件，预计在未来2-4年内将在系统级推广（美光科技）。
展望未来，预计Ovonic存储材料工程将继续聚焦在进一步调整成分、管理缺陷以及混合堆栈集成，以支持AI加速器和物联网设备的独立存储模块和嵌入式解决方案。下一代PCM将利用新型硫族化合物，力求将开关速度降低到10纳秒以下，同时实现适合于任务关键型应用的数据保留和耐久性指标。
主要参与者和最近的创新（2024-2025）
Ovonic存储材料，也称为相变材料（PCM），处于下一代非易失性存储技术的前沿，这受到对比传统闪存和DRAM更快、可扩展和节能解决方案的需求所推动。在2024年及2025年，若干主要行业参与者正引领材料工程和设备集成的进展，旨在商业化相变存储（PCM）和相关的Ovonic基础存储产品。
- 美光科技在PCM领域仍然是重要的力量，利用其在硫族材料沉积和设备小型化方面的专业知识。在2024年初，美光在其与英特尔共同开发的3D XPoint存储技术中迈出了高密度和改善耐久性的一步，专注于创新的Ovonic阈值开关机制，以提升设备循环能力并降低功耗。美光报告称在可堆叠单元架构和GeSbTe (GST)合金成分的准确控制方面取得了进展，这对将PCM技术扩展到数据中心应用和AI工作负载至关重要（美光科技）。
- SK海力士也在Ovonic材料研究上投入了大量资金，瞄准PCM作为存储级内存（SCM）的可行候选者。到2025年，SK海力士正在试验新的掺杂工程技术，以改善其相变合金的热稳定性和开关速度。该公司报告成功地将PCM集成到异质内存系统中，与基于NAND的解决方案相比，提供了更高的耐久性和改善的延迟（SK海力士）。
- 意法半导体继续为汽车和工业微控制器商业化嵌入式PCM（ePCM）。在2024年，意法半导体在28纳米平台上推出了新的ePCM产品，具有增强的Ovonic材料堆叠，在高温下延长数据保留时间超过10年。这使得ePCM成为要求苛刻的嵌入式环境中NOR闪存的强大替代品（意法半导体）。
- IMEC，该纳米电子研发中心正在与全球铸造厂和内存制造商合作，完善PCM材料工程。IMEC最近的突破包括GST和SbTe合金的原子层工程，使得设置/复位能量降低，并改善20纳米以下单元几何形状的设备均匀性。这些努力预计将加速基于Ovonic的内存在先进计算和神经形态架构中的应用（IMEC）。
展望未来，先进的Ovonic材料工程、3D集成和提高的循环耐久性的融合有望使PCM和相关内存技术与现有的内存层次形成竞争。随着主要行业参与者持续投资和协作创新的推进，商业化高密度、高性能的Ovonic内存预计将加速到2025年及以后。
市场预测：2030年前的增长预测
Ovonic存储材料工程的市场，尤其是在相变存储（PCM）和相关非易失性内存技术的背景下，预计到2030年将迎来显著增长。到2025年，主要半导体制造商正在加大对研究、开发和生产扩展的投资，这受到对数据中心、边缘计算和人工智能（AI）硬件中的高密度、节能内存解决方案激增需求的推动。
其中一个最显著的发展是英特尔公司与美光科技在3D XPoint技术上的持续合作，该技术利用Ovonic材料的独特相变特性。尽管美光在2021年宣布计划停止在其莱希工厂的3D XPoint生产，但两家公司都表示对Ovonic基PCM研究和未来产品的集成仍然感兴趣，这通过专利活动和技术路线图可以看出。预计到2025年，英特尔公司将扩展其Optane产品组合，利用Ovonic材料工程的改进来增强耐久性和设备可扩展性。
同时，三星电子在下一代内存设备的大规模生产方面展示了重大进展，包括具有改进写入速度和数据保留的PCM原型，这直接归因于硫族Ovonic材料的进展。该公司的最新技术披露表明，PCM解决方案的商业化将于2025年至2027年之间加速，特别是在企业存储和汽车应用中。
材料供应商如Merck KGaA（在美国以EMD Electronics运营）也在提高其高纯度硫族前驱体的能力，这对于Ovonic设备的可重复性和可靠性至关重要。这些供应商报告称，内存铸造厂的需求预测正在上升，预计到本十年结束，Ovonic材料的出货量将迎来两位数的复合年增长率（CAGR）。
展望未来，行业财团如SEMATECH和国际设备与系统路线图（IRDS）持续强调Ovonic内存作为“存储级内存”的关键推动力，连接DRAM和NAND闪存。他们的2025-2030年预测不仅强调市场扩展，还强调先进材料工程在实现小于10纳米设备结构和多层单元架构中的核心作用。
总体而言，Ovonic存储材料工程行业正进入一个关键的增长阶段，快速商业化预计将得到持续创新、跨行业伙伴关系和供应链成熟的支持，直到2030年。
关键应用领域：从人工智能到汽车
Ovonic存储材料，特别是硫族相变合金，正在2025年推动多个高影响领域的变革性创新，并有望在未来几年内更广泛地采用。这些材料独特的能力使其能够在电气或热刺激下在非晶态和晶态之间可逆切换，提供非易失性存储、快速开关速度和高耐久性——这些特性在尖端应用中愈加重要。
在人工智能（AI）和高性能计算领域，对快速、持久内存的需求正在加速。基于Ovonic材料的相变存储（PCM）阵列正在部署，弥补DRAM和NAND闪存之间的性能和能效差距。例如，英特尔公司已商业化其3D XPoint技术，利用Ovonic相变材料用于数据中心和AI工作负载，这些工作负载需要低延迟和高吞吐量。该公司的持久性内存模块现在在领先的服务器架构中使用，技术路线图显示出通过逐步的材料工程提高密度和性能的迹象。
在汽车行业，朝向自动驾驶车辆和先进驾驶辅助系统（ADAS）的驱动加大了对能够承受恶劣操作条件的强大高耐久性内存的需求。Ovonic存储材料凭借其证明了的热稳定性和写入耐久性，正在集成到汽车级内存设备中。美光科技与意法半导体均宣布针对汽车电子推出基于PCM的解决方案，特别是针对事件数据记录仪和安全、实时的空中固件更新（FOTA）——这些功能对于下一代车辆架构至关重要。
超越AI和汽车，Ovonic内存在物联网（IoT）和边缘计算设备中越来越受到重视，在这些设备中，功耗效率和数据持久性至关重要。三星电子和东芝存储公司正在投资于先进的相变存储研究，重点是将Ovonic材料扩大到高容量、低功耗的嵌入式应用。最近在多层单元（MLC）操作和接口工程方面的进展预计将在未来几年进一步扩大PCM的可销售市场。
展望未来，材料供应商、内存制造商和系统集成商之间的持续合作有望加速Ovonic内存在这些领域的部署。随着AI、汽车和物联网需求的融合，Ovonic存储材料工程的下一个阶段将集中在更高的密度、多比特操作和改进的可制造性上，确保这些材料在不断发展的数字生态中发挥关键作用。
竞争技术格局：Ovonic与闪存、MRAM和ReRAM
Ovonic存储材料，主要基于硫族相变合金，继续处于2025年非易失性内存创新的前沿。这些材料支撑着相变存储（PCM），其逐渐被定位为传统闪存、磁性RAM（MRAM）和电阻RAM（ReRAM）技术的竞争替代品。
与占主导地位的非易失性存储NAND闪存相比，Ovonic存储材料在耐久性、写入速度和在高温下的保持能力方面提供了显著的优势。像美光科技和英特尔公司等领先制造商已经展示了3D XPoint技术（以Optane推向市场），该技术利用Ovonic相变材料以实现高达1,000倍的写入性能，比闪存具有显著更高的耐久性。然而，由于美光科技在近几年中停止了其3D XPoint产品线，基于PCM的产品的商业化部署已大多转向小众企业和数据中心解决方案，而闪存则因低单比特成本继续主导消费存储。
在MRAM领域，像Everspin科技公司和三星电子等公司在扩展自旋转矩（STT-MRAM）方面取得了显著进展。MRAM接近SRAM速度，并几乎无限耐久性，使其适用于嵌入式和缓存内存应用。然而，MRAM依赖复杂的磁性堆叠工程，并在高密度的情况下面临成本和可扩展性挑战，而Ovonic材料则提供了更简单的单元结构和更高的多级存储潜力。
ReRAM利用金属氧化物进行电阻切换，受到Infineon Technologies AG（在收购Cypress后）和Weebit Nano Ltd.等厂商的推崇。ReRAM提供低开关能量和与CMOS的简单集成，但切换行为和耐久性的变异性仍然是广泛采用的障碍。在要求确定性切换和高保持性的应用中，成熟的Ovonic存储及其材料堆叠与工艺兼容性继续吸引关注。
展望未来的几年，持续的材料工程努力旨在改善Ovonic材料的循环耐久性（目标超过109次循环），降低开关能量，并进一步将单元尺寸缩小到10纳米以下——超越现有的闪存缩放限制。行业合作，如imec和设备供应商的合作，正在重点关注新型掺杂剂和堆叠架构，以实现更高的密度和多级单元操作。随着AI工作负载和边缘计算的兴起，Ovonic存储材料的独特属性——快速、字节寻址和非易失性——使其成为不断变化的竞争格局中的关键技术。
材料工程进展：新合金和架构
Ovonic存储材料，主要是硫族相变合金，在追求更快、更密集和更节能的非易失性存储方面处于相变存储（PCM）技术的核心。到2025年，在Ovonic材料的材料组成和架构整合方面取得了显著的工程进展。
最近的材料工程努力专注于优化Ge-Sb-Te（GST）三元系统，这是PCM设备的长期支柱，并探索新型掺杂剂和合金策略以增强性能。例如，添加氮、碳或硅等元素已被证明能够通过稳定非晶相并减少漂移现象来提高数据保留和循环耐久性。美光科技公司和英特尔公司均报告了在商业PCM产品中集成掺杂GST合金的重要进展，称写入/擦除循环耐久性显著提高——最高可达108次循环，并在其最新一代内存芯片中降低了编程电流。
此外，朝向多层和超晶格架构的工程趋势也相当明显。这些结构由不同硫族的薄层交替组成，或有交错的介电屏障，能够降低复位电流并实现更快的相变。在2024年，三星电子有限公司展示了一种采用先进Ovonic合金的垂直PCM阵列架构，达到了与领先的NAND技术相竞争的单元密度，同时维持亚纳秒开关能力。
材料工程的另一个方向是将活跃体积缩放到纳米尺度。这最小化了功耗并允许3D堆叠，这是未来高容量存储解决方案的必要条件。西部数据公司在2025年初宣布开发纳米级Ovonic内存单元，采用创新的接口工程抑制高循环速率下的元素相互扩散，解决了设备寿命的关键挑战。
展望未来，预计研发将加大对新型硫族组成（如富Sb或缺Te合金）和进一步提高开关速度、数据保留和设备可扩展性的接口材料的力度。采用机器学习驱动的材料发现平台，以及领先内存制造商之间的合作财团，可能会加速未来几年内的创新步伐。因此，Ovonic存储材料工程在2025年及以后展现出迅速发展面向更强大、可扩展和高性能PCM解决方案的特点，将该技术定位为下一代非易失性存储市场的领军者。
制造挑战和供应链动态
Ovonic存储材料，主要用于相变存储（PCM）设备，处于下一代非易失性存储技术的前沿。到2025年，以大规模生产这些材料为目标面临几项关键挑战，尤其是在组成控制、晶圆规模均匀性和供应链弹性方面。硫族合金如Ge2Sb2Te5（GST）仍然是行业标准，但达到可靠设备性能所需的精确化学计量和缺陷最小化仍然是一个持续的技术障碍。
像美光科技和英特尔公司等主要制造商已投入大量资源来完善沉积技术，包括先进的溅射和原子层沉积，以确保Ovonic材料层在纳米级的均匀性和可重复性。这些努力对高密度3D存储架构至关重要，预计在2026年实现更广泛的商业化。
另一个制造挑战涉及到污染控制以及Ovonic材料与CMOS后端（BEOL）工艺的集成。相变材料对氧气和湿气的敏感性要求严格的无尘室协议。像Lam Research Corporation这样的公司正在与设备制造商合作，优化专为硫族薄膜设计的刻蚀和清洗解决方案，以支持高生产量中的产率改善和缺陷减少。
从供应链的角度来看，高纯度原材料（锗、锑、碲）的采购受到关注。特别是碲市场的波动促使制造商寻求替代供应商并投资于回收项目。优美科，一家主要的贵金属和特种金属供应商，已扩大其回收能力，并与半导体制造商建立合作关系，以减轻与原材料可用性和价格波动相关的风险。
展望未来，Ovonic存储材料制造的前景在未来几年仍然谨慎乐观。行业财团如SEMI正在促进材料供应商、设备供应商和设备制造商之间的合作，以加快工艺标准化和资格认证。随着工艺工具集的成熟和供应链的增强，可期待Ovonic内存设备的大规模生产支持在数据中心和边缘计算应用的更广泛应用。
可持续性、能源效率和环境影响
Ovonic存储材料，主要基于硫族相变合金，正在成为下一代非易失性存储技术的前沿，提供可持续性、能源效率和环境影响方面的重要进展。截至2025年，行业重点转向优化材料组成和设备架构，以进一步减少内存制造和操作的功耗和生态足迹。
Ovonic相变存储（PCM）的一个重要优势是其在编程和数据保留方面的能量要求低于传统的基于硅的闪存。美光科技公司报告称，其最新的PCM解决方案每比特的写入能量可低至1-2皮焦耳，这相比于NAND闪存技术的每次操作通常需要高出一个数量级的能量，代表了巨大的改进。这为大规模数据中心降低运营碳排放直接贡献了一部分。
从可持续性的角度来看，制造商在Ovonic材料中使用普遍存在的元素（例如锗、锑和碲）是一个重点。意法半导体积极推动可拓展的PCM技术，并强调其对负责任采购实践的承诺，确保硫族材料的供应链遵循环境和道德标准。该公司还在调查针对生命周期结束的PCM设备回收的流程，以回收有价值的材料并减少废弃物。
此外，Ovonic内存的制造过程正朝着降低环境影响的方向发展。三星电子在其PCM制造线上实施了先进的薄膜沉积和成型技术，降低了危险化学品和水的消耗。这些工艺优化与三星的更广泛可持续发展目标一致，包括到2030年在其半导体业务中实现净零碳排放。
展望未来，行业预计Ovonic存储材料的能源效率和环境特征将进一步改善。领先设备制造商与材料供应商之间的协作努力正在进行中——如imec——旨在开发新型硫族合金，具有更低的结晶温度，从而实现更低的开关能量和更长的设备寿命。这些进展预计将在从消费电子到大规模AI计算等各种应用中加速PCM的采用，支持技术进步和全球可持续发展目标。
未来展望：Ovonic内存到2030年的发展路线图
Ovonic存储，特别是相变存储（PCM），正进入材料工程的关键阶段，因为该行业寻求平衡可扩展性、耐久性和数据保留以应对新兴的计算需求。到2025年，领先的存储制造商正在加大对新相变材料和设备架构的研究，以应对人工智能（AI）、边缘计算和先进存储解决方案日益严格的要求。
目前的PCM设备主要使用硫族合金，如Ge2Sb2Te5（GST），由于其快速的开关速度和可扩展性已表现出商业可行性。然而，为了支持更高密度的内存和降低能耗，行业正在积极探索替代组成和掺杂剂。例如，三星电子的研究团队正在研究掺杂的GST和超晶格结构，以增强热稳定性并降低编程电流。同样，英特尔公司正在不断完善其3D XPoint技术，专注于优化材料堆叠，以改善耐久性和每单元多比特操作。
在2025年及以后，Ovonic存储材料工程的发展路线图预计将集中在几个关键领域：
- 材料创新：正在开展合作项目，以评估新的硫族系统，如GeSbSeTe或GeSbTeS，旨在提高在高温下的数据保留并最小化电阻漂移。美光科技还在实验替代相变化合物和接口工程，以增强设备的可靠性。
- 与CMOS的集成：将先进的PCM材料与逻辑兼容的后端工艺（BEOL）的集成仍然是头等大事。内存铸造厂的倡议，包括SK海力士，旨在降低结晶温度并改善与小于20纳米技术节点的兼容性。
- 神经形态和内存计算：在材料工程上越来越重视针对模拟性能和突触行为的优化。意法半导体和其他行业参与者正在优化Ovonic设备，以实现低变异性开关，这对大规模神经形态硬件至关重要。
展望2030年，这些努力的结合预计将带来具有多层单元能力、耐久性超过109次循环和超过10年的高温数据保留的PCM材料。随着对材料工程的持续投资，Ovonic存储有望成为下一代高性能计算架构的基石技术。
来源与参考文献
