Die Speichertechnologie im Aufschwung
Seit Jahren sind Forscher auf der Suche nach einem nichtflüchtigen Speicherstandard, der eine höhere Geschwindigkeit als Flash-Speicher ermöglicht und gleichzeitig eine höhere Dichte bietet sowie Millionen von Schreib-Lese-Zyklen standhält. Eine der vielversprechendsten Technologien, die sich in der Entwicklung befindet, ist die Phase-change-Memory-Technologie. Die Phase-change-Memory-Technologie basiert auf einer schnellen Erwärmung von Chalkogenidglas und einem Wechsel zwischen dem kristallinen und amorphen Zustand. In dem amorphem Zustand zeigt die Struktur eine hohe Widerstandsfähigkeit, in dem kristallinen Zustand hingegen ist die Widerstandsfähigkeit relativ gering. Die Phase-change-Memory-Technologie ermöglicht ein schnelles Umschalten zwischen diesen Zuständen. Die Forschung im Rahmen des Projekts PCM (Time-domain measurements of phase change memory switching characteristics and investigation of the drift mechanisms for the threshold voltage and reset resistance values) hat wertvolle Erkenntnisse zur Phasenänderungen solcher Speicherzellen erbracht. Um ein umfassendes Bild über die elektrische, thermische und phasenverändernde Dynamik in der Speicherzelle zu erhalten, wandten die Forscher ein 3D-Finit- Element-Modell an. Die Komplexität der Systemdynamik wurde durch die Erstellung und Kombination dreier unterschiedlicher Modelle gehandhabt. Das elektrische Modell basiert auf der temperatur- und phasenabhängigen elektrischen Leitfähigkeit, während das thermische Modell, in dem der Wärmewiderstand des elektrischen Stroms als Wärmequelle dient, auf der temperatur- und phasenabhängigen thermischen Leitfähigkeit basiert. Das Phase-change-Modell berücksichtigt die Nukleationskinetik der Kristallite. Durch Kopplung der untergeordneten Modelle in einem System, das auf einem Multiphysik-Ansatz basiert, konnte das PCM-Team die Schwellenspannung und die Rekristallisierungstemperatur für das Umschalten vorhersagen. Vor diesem Hintergrund wurden die kritischen Bedingungen identifiziert, die während der Phasenänderung zur Bildung eines leitenden Durchflusspfades führten. Die numerischen Vorhersagen wurden daraufhin mit experimentellen Daten verglichen, welche anhand nanoskaliger Geräte mit einer Ge2Sb2Te5 (GST)-Legierung mit unterschiedlichen Geometrien gesammelt worden waren. Die PCM-Forschung hat gezeigt, dass ein Widerstandszwischenzustand auf lange Sicht einer höheren Geräteleistung und Stabilität zugutekommt. Da nicht damit gerechnet wird, dass die Flash-Speicher-Leistung weiter verbessert werden kann – genau genommen ist es kaum möglich, bei einer Verbesserung der Dichte und einer konstanten Schreib-Lese-Dauer die aktuelle Leistung aufrechtzuerhalten – zählt die Phase-change-Memory-Technologie zu den vielversprechendsten Speichertechnologien der nächsten Generation. Der nächste Schritt besteht darin, diese Speichertechnologie auf den Markt zu bringen.
Schlüsselbegriffe
Speichertechnologie, Phase-change Memory, Nanoskala, PCM, Schwellenspannung, Rekristallisierung
