Datenspeicher der Zukunft – ReRAM Speicherzellen
Rätsel der Schaltprozesse gelöst
Computer erleichtern das alltägliche Leben ungemein, sie unterstützen bei der Lösung von vielfältigsten Aufgaben und sind in der Lage wichtige Daten abzuspeichern. Herkömmliche Speichersysteme zeichnen sich jedoch zunehmend durch ihren immensen Stromverbrauch aus. ReRAM Speicherzellen sind eine vielversprechende Alternative, da sie viel energiesparender und gleichzeitig schneller sind als derzeit gängige Speicher. Zudem können sie in den Nanometerbereich verkleinert werden.
Schnelle Schaltung, aber wie?
Die Nutzung von ReRAM-Speichern wurde bisher durch fehlendes Wissen über den Ablauf der Schaltungen begrenzt. Der elektrische Widerstand von dieser Sorte Speichern kann durch das Anlegen von einer äußeren Spannung geändert werden. Eine niedrige Spannung bedeutet eine logische „1“, eine hohe Spannung eine „0“. Diese Eigenschaft der ReRAM Zellen macht es daher möglich, Daten in einem binären Code zu speichern. Doch der Vorgang der Schaltung zwischen den Widerständen war bisher nicht endgültig erforscht.
Photoemissionsmikroskopie macht Vorgänge sichtbar
Der Widerstand in den Speicherzellen wird durch die Bewegung von Sauerstoffionen ausgelöst. Bewegen sich die Ionen aus der Metalloxidschicht heraus, wird das Material leitfähig und somit sinkt der Widerstand.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zweier Perter Grünberg Institute, unter der Leitung der JARA-FIT Mitglieder Prof. Rainer Waser und Prof. Claus Michael Schneider, haben gemeinsam mit Aachener- und US-Kollegen, den Vorgang der Ionen Bewegung genauer untersucht.
Schaltprozesse waren bisher nicht beobachtbar, da die aktive Schicht von ReRAM-Zellen unterhalb einer Metallelektrode liegt. Das Team rund um Waser und Schneider verwendete, um dieses Problem zu lösen, Graphen. Graphen ist nur ein Atom dick und genauso leitfähig wie eine dicke Metallschicht. Aufgrund der sehr geringen Dicke ist es jedoch möglich, mittels Photoemissionsmikroskopie durch das Material hindurchzuschauen. Der Schaltvorgang wurde somit sichtbar und die Sauerstoffionen Konzentration konnte bestimmt werden.
Mit Hilfe von Simulation konnten auf der Grundlage der gewonnen Werte die elektrischen Kenndaten der Bauelemente bestimmt werden. Der nächste Schritt ist, auf dieser Basis realistische Simulationen durchzuführen, um die Nutzung von ReRAM-Speicherzellen zu realisieren.
Weitere Informationen zu diesen Untersuchungen stehen auf der Website des Forschungszentrums Jülich zur Verfügung.