Spannende Materialien als mögliche Alternative für Flash-Speicher
NAND-Technologie dominiert zwar beinahe den gesamten Markt der Datenspeicherung, aber lässt sich wahrscheinlich nicht auf unter 20 nm miniaturisieren. Sie ist außerdem mit begrenzter Geschwindigkeit und Lebensdauer (hinsichtlich möglicher Lösch- und Schreibvorgänge) verbunden. Damit ein Nanogerät erfolgreich vermarket werden kann, muss es etwas Neues bieten. Er beruht in erster Linie auf Chalkogenidglas, das rapide erwärmt wird und so zwischen seinem kristallinen und amorphen Zustand wechselt. Der kristalline Zustand (Binärstatus 1) leitet den elektrischen Strom sehr gut, wohingegen der amorphe Zustand (Binärstatus 0) von hohem elektrischen Widerstand gekennzeichnet ist. Wissenschaftler riefen das EU-finanzierte Projekt SYNAPSE (Synthesis and functionality of chalcogenide nanostructures for phase change memories) ins Leben, um zu erforschen, ob mit neuartigen nanostrukturierten Chalkogenid-PCM Baugröße, Energieverbrauch und Kosten von Geräten gesenkt werden könnten. Das Team konzentriert sich auf den Einsatz metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD), um Kontrolle über die Zusammensetzung und Reinheit der Materialien, die Ablagerungsgeschwindigkeiten und die industrielle Skalierbarkeit zu erlangen. MOCVD wird auf verschiedenen Substraten mithilfe zweier Bottom-up-Verfahren durchgeführt: dem selektiven Wachstum und der Dampf-Flüssigkeits-Feststoff-Methode. Das Ziel sind Phasenwechsel-Nanodrähte, die entweder aus einzelnen Materialien (Kern) oder aus zwei Materialien (Kern-Hülle-Struktur) bestehen. Materialien von Interesse sind Chalkogenide auf Grundlage von Indium und Germanium. Umfassende Modellierungen und Simulationen lieferten wertvolle Erkenntnisse zu Strukturen und Verhaltensweisen der Materialien. Mithilfe von Finite-Elemente-Modellsimulationen konnten die Wissenschaftler die Auswirkungen von Wärmetransport und Form des Nanodrahts auf Speicherzellen eingehend untersuchen. Verarbeitungs- und Wachstumstechniken für die Nanodrähte wurden experimentell untersucht, wobei der Fokus auf Germanium-Antimon-Tellur (eines der am häufigsten verwendeten Chalkogenide für PCM) sowie auf der In-Ge-Te- und In-Ge-Te-Abscheidung, gekennzeichnet durch eine höhere thermische Stabilität, lag. Da Ansätze mit Festkörperspeicher sich ihren theoretischen Grenzen nähern, bietet die Entwicklung von Speichersystemen, die PCM verstärken können, einen Weg, um die Einschränkungen von Flash-Speichern zu überwinden. Verbesserungen bei Herstellungstechniken, verbesserte Vorstufen für die Bildung von Speicherbauelementstrukturen, die Steuerung des Energieverbrauchs sowie effektive Lösungen für einen höheren Datenerhalt sind Schlüsselfaktoren für die Wettbewerbsfähigkeit der PCM-Technologie.
Schlüsselbegriffe
Phasenwechselspeicher, Ge-Sb-Te, In-Sb-Te, In-Ge-Te, Nanodrähte, MOCVD-Selbstmontage, Phasenübergangssimulationen
