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Forscher suchen Nachfolger für Flash-Speicher

03.08.2009 | 17:09 Uhr |

Im Rahmen des aus EU-Mitteln finanzierten VERSATILE-Projekts unter Federführung des Laboratorio Nazionale MDM wird fieberhaft nach einer geeigneten Nachfolgetechnologie für EEPROM-Flash-Speicher gesucht.

Daher haben Experten aller beteiligten Forschungseinrichtungen im Rahmen der Entwicklerkonferenz IEEE Nano 2009 in Genua bis 30. Juli auch über Vor- und Nachteile von PCRAM-Chips (Phase-Change-Random-Access-Memory) beraten. Phasenwechsel-Halbleitermaterialien sollen in Verbindung mit einer speziellen Chip-Architektur eine der vielversprechendsten Lösungen für die Herstellung nicht-flüchtiger RAM-Speicher sein. "Die Flash-Speichertechnologie ist gewissen Grenzen unterworfen. Es wird immer schwieriger, die Speicherkapazität von immer kompakter werdenden Chips zu erhöhen", sagt Grazia Tallarida, Projektkoordinatorin vom MDM . Phasenwechselmaterialien, die es erlaubten, binäre Information durch Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften abzuspeichern, böten dagegen enorme Entwicklungsmöglichkeiten.

Anders als bei herkömmlichen RAM-Speichern wie DRAM- oder SRAM-Chips sind bei nicht-volatilen RAM-Speicher-Technologien wie PCRAM oder MRAM keine zusätzlichen Vorkehrungen wie Batterien für ein nicht flüchtiges Speicherverhalten nötig. Die abgelegten Informationen bleiben aufgrund physikalischer Effekte auch ohne das Anlegen einer Spannung erhalten. PCRAM-Speicherzellen bestehen aus einem Auswahltransistor und einem auf Phasenwechsel-Halbleitermaterial basierenden resistiven Speicherelement. Die Chip-Architektur sieht vor, dass das Speichermaterial im rechten Winkel zwischen metallischen Elektroden eingepasst wird, sodass an jede einzelne Zelle eine Spannung angelegt werden kann. Durch nanosekundenlange Strompulse werden dann die elektrischen Eigenschaften des Speichermaterials verändert, worüber sich das Funktionsprinzip des Speichers auf Basis zweier verschiedener Phasenzustände entfaltet. Der Vorteil dieser Bauweise liegt darin, dass Speicherzellen übereinander gestapelt werden können, was massive Kapazitäten bei sehr geringer Chipfläche ermöglichen soll.

Da Phasenwechsel schnell, stabil und beliebig oft wiederholbar sind, eignen sich entsprechende Materialien für nicht-flüchtige Speicher und ermöglichen einen schnellen Zugriff. Die Forscher sind jedoch noch nicht am Ziel. Zwischen den eng beieinander liegenden Zellen können Interferenzen auftreten und die Performance des Chips gefährden. Die Lösung bestünde laut den VERSATILE-Experten darin, jede Zelle über eine Zinkoxid-Diode zu verbinden, sodass jede Speicherzelle nur auf für sie relevante Stromsignale reagieren kann. Da keinesfalls eine Temperatur von über 350 Grad erreicht werden dürfe, kämen herkömmliche in der Metall-Oxid-Halbleitertechnik (CMOS) übliche Silizium-Dioden nicht in Frage.

An VERSATILE sind Forschungseinrichtungen aus Italien, Deutschland, Polen und Dänemark beteiligt. Das Joint Venture Numonyx fungiert als industrieller Partner. Auch Samsung engagiert sich seit 2006 stark auf dem Gebiet PCRAM. Der koreanische Konzern hat eine serienweise Produktion solcher Chips ursprünglich schon für 2009 angekündigt. Schon vor drei Jahren hat Samsung einen Prototypen eines 512-Megabit-Chips vorgestellt, der im Vergleich mit NOR-Flash-Chips höhere Schreib- und Auslesegeschwindigkeiten bei weniger als der Hälfte der benötigten Chipfläche in Aussicht stellte. (pte)

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