MRAM-Entwicklung stockt wohl wegen falsch verstandener Grundlagen

Samsung, Arbeitsspeicher, DRAM Bildquelle: Samsung
Nichtflüchtige Speicher, die so schnell sind wie Arbeitsspeicher-Chips, sollen in der Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Doch die Entwicklung dieser memristive Speicherzellen - (MRAM oder ReRAM) kam zuletzt nicht entscheidend voran. Das könnte schlicht daran liegen, dass die beobachteten Grundprinzipien bisher falsch verstanden wurden.
Aktuell werden in den verschiedenen Entwicklungsprojekten zwei Grundkonzepte verfolgt, die mit unterschiedlichen Arten von aktiven Ionen in Verbindung gebracht werden. Doch die Rückschlüsse auf die tatsächliche Funktionsweise aus den Beobachtungen in der Praxis sind wahrscheinlich nicht ganz richtig. Zu diesem Schluss kamen nun zumindest Jülicher Forscher, die sich der Sache gemeinsam mit südkoreanischen, japanischen und US-amerikanischen Kollegen angenommen haben und die ihre Ergebnisse nun im Fachjounal Nature Nanotechnology publizierten.

Die Speichertechnologie beruht auf der Beobachtung, dass sich der elektrischer Widerstand der Speicherzellen durch Anlegen einer Spannung verändern lässt. Diese verhalten sich dadurch wie magnetisches Material, das magnetisiert und wieder entmagnetisiert wird. So lassen sich einzelne Bits speichern. Das Entscheidende dabei: Die Zellen lassen sich sehr schnell schalten, der Vorgang verbraucht wenig Energie und sie behalten ihren Zustand auch dann eine lange Zeit bei, wenn keine äußere Spannung mehr anliegt.

Plötzlich legen Metall-Ionen los

Dies wurde bisher damit erklärt, dass es eine Verschiebung von Sauerstoff-Ionen aus der Metallverbindung hinaus gibt. Dadurch wird das Material schlagartig leitfähiger und die magnetischen Eigenschaften ändern sich. Man nahm an, dass man es hier mit einer gänzlich anderen Sache zu tun habe als bei so genannten elektrochemischen Metallisierungszellen (ECM), in denen vor allem Metall-Ionen aktiv sind.

Die Wissenschaftler entdeckten bei einer genaueren Untersuchung nun, dass es auch in den MRAM-Zellen einen zweiten Schaltprozess gibt, an dem Metall-Ionen beteiligt sind. Als man nun mit einer Graphen-Beschichtung die Abwanderung der Sauerstoff-Ionen blockierte, konnte man feststellen, dass trotzdem Schaltungen stattfanden - und diese jenen glichen, die von Metall-Ionen verursacht werden. Daher geht man nun davon aus, dass diese auch sonst eine Rolle spielen.

"Die bisherigen Modelle und Untersuchungen müssen auf Grundlage dieser Erkenntnisse nochmal überarbeitet und angepasst werden", erklärte Ilia Valov, Elektrochemiker am Jülicher Peter Grünberg Institut. Das könnte nun den erhofften Durchbruch bei der Konstruktion von MRAMs bringen, hofft man. Speicher, Ram, MRAM Speicher, Ram, MRAM SPIN TORQUE
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