Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

2 DIE ENTWICKLUNG DER SPEICHERTECHNOLOGIE
Flash hingegen bietet ein großes Skalierungspotential und nicht-flüchtige
Speicherzustände. Das Prinzip basiert auf einer Floating-Gate-Architektur, bei der
Ladungen, die auf das zusätzliche Floating-Gate eines Feldeffekt-Transistors
aufgebracht oder davon entfernt werden, den Speicherzustand bestimmen. Zusätzliche
Ladungen auf dem Gate verschieben die Schwellspannung des Transistors und somit
dessen Kennliniencharakteristik. Diese Eigenschaft wird als Speicherinformation
genutzt. Hinzu können durch unterschiedliche Ladungsmengen auf dem Floating-Gate
mehrere Speicherzustände erreicht werden. Das Bauteil verändert sich dann von einem
binären Speicher zu einem Multi-Bit-System, welches das Potential einer hohen
Integrationsdichte enorm steigert, da zusätzliche Speicherzustände je physikalischer
Zelle auftreten. Die Nachteile des Flash liegen in der relativ (zu DRAM) langsamen
Schreib-/Lesegeschwindigkeit und der begrenzten Lebensdauer der Bauelemente.
Demzufolge sind Flash-Bauteile heute hauptsächlich in USB-Sticks, Speicherkarten
oder MP3-Playern zu finden, die preisgünstig sind und sich zur portablen, mobilen
Anwendung eignen.
Die Generation der zukünftigen Speichertechnologie wird durch Konzepte wie
Magnetic-RAM (MRAM), Ferroelctric-RAM (FeRAM), Phase Change-RAM
(PCRAM) und Resistive-RAM (RRAM) geprägt [40-43].
Die MRAM nutzen magnetische Materialien und deren hysteretisches Verhalten zur
Datenspeicherung. Phänomene wie der Giant Magneto Resistance (GMR) – Effekt
beschreiben eine Widerstandsänderung von Materialschichtsystemen unter dem Einfluss
spezifischer magnetischer Felder [44]. Die Widerstandsänderung kann somit als
Datenspeicherung genutzt werden. FeRAM basieren auf ähnlichem, hystertischem
Prinzip wie die MRAM, nur wird hier die Polarisations-Hysterese der Ferroelektrika
ausgenutzt. Wird eine Kondensatorkonfiguration gewählt, so können die
Polarisationsrichtungen des Ferroelektrikums eine Speicherinformation, entsprechend
„1“ oder „0“, enthalten. MRAM benötigt Ströme im Milliampere-Bereich, was die
Leistungsaufnahme der Speicherzellen als eher unattraktiv gestaltet. Der Nachteil der
FeRAM ist deren begrenzte Skalierbarkeit.
PCRAM und RRAM implizieren dagegen gute Voraussetzungen für die Umsetzung als
Speicherbaustein. Das Prinzip des PCRAM basiert auf der Eigenschaft von
Chalkogeniden, welche durch die Verwendung spezifischer Ströme ihre Phase von
amorph zu kristallin (bzw. von kristallin zu amorph) wechseln. Eine amorphe Phase
bietet dabei einen hohen, eine kristalline Phase einen niedrigen Leitungswiderstand. Die
unterschiedlichen Widerstände werden den logischen Werten „0“ und „1“ zugeordnet.
Durch Strompulse wird das Material definiert aufgeheizt und abgekühlt, wodurch die
unterschiedlichen Phasen entstehen. Die amorphe Phase wird durch das Aufheizen über
die Schmelztemperatur und rasches Abkühlen unter die Glasübergangs-Temperatur
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