Neue Mechanismen für Datenspeicher

Trotz der enormen möglichen Einsparungen im Energieverbrauch und der Chance auf eine deutlich schnellere Datenübertragung werden Festspeicher derzeit als Sekundär- oder Langzeitspeicher genutzt. Ein wichtiger Bereich der Forschung und Entwicklung sind Verbesserungen an den Materialeigenschaften und Bauelementfunktionen. Mit der EU-Finanzierung des Projekts HYMEC (Hybrid organic/inorganic memory elements for integration of electronic and photonic circuitry) unterstützte man Untersuchungen zu den grundlegenden Informationsspeichermechanismen nanostrukturierter Hybridmaterialien.

Neues Wissen mündete in der Realisierung von Festspeicherelementen auf Basis des Widerstandsschaltens und einer Erweiterung der Funktionalität, um die optische und elektrische Adressierung von Bauelementen zu ermöglichen. Das Widerstandsschalten bezieht sich auf eine Veränderung im Widerstand eines Dielektrikums, wenn es einem elektrischen Feld oder Strom ausgesetzt wird. Bei typischen Systemes ist ein Übergangsmetalloxid-Dielektrikum und eine übliche Metallelektrode im Einsatz. Die Änderung des Widerstands ist nicht flüchtig und umkehrbar.

HYMEC identifizierte die Widerstandsschaltmechanismen eines Systems, das aus anorganischen, in Matrizen konjugierter organischer Materialien (organischer Halbleiter) eingebetteten Metallnanopartikeln besteht. Sie basieren auf Filamentbildung anstelle von Ladungsspeicherung an den Metallnanopartikeln, wie man bislang angenommen hatte.

Diese Entdeckung bedeutet, dass keine direkte Manipulation des Widerstands durch Licht möglich war. Das Team richtete seine Aufmerksamkeit auf die Diode des Bauelements in Serie mit dem Speicher, der zur Implementierung der einzelnen Speicherelemente in ein Netzwerk aus Bauelementen verwendet wurde. Durch den Einsatz der Diode anstelle des Speicherwiderstands zur optischen Adressierung gelang HYMEC die Erweiterung der Funktionalität des Festspeicherelements, ohne die Gesamtleistung des Systems zu beeinträchtigen.

Das Team nutzte eine Kombination aus topmodernen, experimentellen und theoretischen Verfahren, um die Systemeigenschaften umfassend zu charakterisieren. Gesteigertes Verständnis förderte die Erstellung zuverlässiger Designregeln für derartige Bauelemente in technologisch relevanten Anwendungen und hatte maßgebliche Bedeutung für die Schaffung kosteneffizienter Fertigungswege. Die Forscher untersuchten außerdem die Miniaturisierung von Festspeicherelementen durch neuartige Nanostrukturierungsverfahren.

HYMEC NVM-Technologie, auf die sowohl elektrisch als auch optisch zugegriffen werden kann, wird erwartungsgemäß erhebliche Auswirkungen auf eine neue Generation von Bauelementen mit integrierter Photonik und Elektronik haben. Kostengünstige Produktion und Miniaturisierung weiter ferner die Attraktivität der Funktionalität im Sinne einer führenden europäischen Rolle in einem wachsenden Marktsegment steigern.