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NEXT Low Power Magnetic Random Access Memory with Optimised Writing Time and Level of Integration.

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Die nächste Generation des Random Access Memory

Seit Beginn der elektronischen Datenverarbeitung haben neue Entdeckungen im Bereich des Magnetismus zu spektakulären Fortschritten der Leistungsfähigkeit von Datenspeichersystemen geführt. Die Integration von magnetischen Tunnelkontakten (MTJ, Magnetic Tunnel Junction) und komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor) wurde zum erste Mal im Rahmen des NEXT-Projekts erreicht, wodurch die Fortschritte auf diesem Gebiet weiter vorangetrieben wurden.

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Wird ein Softwareprogramm ausgeführt, so wird dieses Programm im Random Access Memory, dem Systemspeicher, gehalten, auf den schnell zugegriffen werden kann. Der Benutzer kann dabei gleichermaßen auf Daten in diesem Speicher zurückgreifen sowie neue Daten im Speicher ablegen. Die meisten Arten dieser Halbleiterspeicher sind volatil (flüchtig). Das bedeutet, dass sie zum Betrieb eine konstante Stromzufuhr benötigen. Wird die Stromzufuhr unterbrochen, gehen die im RAM-Speicher vorhandenen Daten verloren. Im Gegensatz dazu sind magnetische Tunnelkontakte aufgrund ihrer inhärenten Eigenschaften nicht anfällig gegenüber Schwankungen in der Stromversorgung. Fließt ein elektrischer Strom senkrecht zu den zwei Schichten des ferromagnetischen Materials, das magnetische Tunnelkontakte aufweist, durchfließt der Strom das isolierende Material zwischen diesen beiden Schichten. Hierbei handelt es sich um einen reinen Quanteneffekt, dem so genannten Tunneleffekt. Die relative Magnetfeldausrichtung der voneinander getrennten magnetischen Materialien induziert einen Stromweg mit einem entweder hohen oder niedrigen Widerstand. Dieser Unterschied in der Höhe des Widerstands stellt eine gespeicherte Information dar, die im Falle einer Stromunterbrechung erhalten bleibt. Die Integration von CMOS und magnetoresistiven Speicherelementen hat das Interesse der Projektpartner des NEXT-Projekts geweckt, da diese Herangehensweise eine Vielzahl von Vorteilen bietet. Die kompakte Struktur der magnetischen Tunnelkontakte, aber vor allem ihr magnetoresistiver Widerstand, der ein schnelles Abtasten zulässt, machen verschiedene Arten von RAM-Architekturen denkbar. Wissenschaftler am Commissariat à l’Énergie Atomique in Frankreich waren bei der Beseitigung eines der größten Hindernisse bei der Integration in die 0,35µm CMOS-Technologie erfolgreich. Die begrenzende Verfügbarkeit von Verfahren und Anlagen, die für die Integration von CMOS geeignet sind, hat die Wissenschaftler zur Entwicklung einer Integration basierend auf dem Ionenstrahlätzen (IBE, Ion Beam Etching) veranlasst. Diese simple Vakuumtechnik ermöglichte umfangreiche Vorteile bei der Strukturierung von magnetischen Tunnelkontakten im Submikrometerbereich auf Siliciumsubstraten mit einem Durchmesser von bis zu 200mm. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Verfahren fortschrittlich genug ist, um das genaue Ätzen einer hoch auflösenden Struktur zu bewerkstelligen. Zum Erzielen der nötigen Gleichmäßigkeit, die für eine magnetische Datenspeicherung erforderlich ist, ist sie jedoch nicht geeignet. Die ersten Komponenten für magnetoresistives Random Access Memory (MRAM) wurden erst kürzlich entwickelt, es wurden allerdings bereits alternative Verfahren zum Beschreiben des Speichers vorgeschlagen, welche die Aufmerksamkeit von Investoren geweckt haben. Das Unternehmen Crocus Technology wurde gegründet und wird Muster der ersten Prototypen bereitstellen.

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