Forschung -

Schnellere Datenspeicher mit gleichzeitiger Energieeinsparung

Je mehr Objekte wir "intelligent" machen, von Uhren bis hin zu ganzen Gebäuden, desto größer ist die Notwendigkeit, dass diese Systeme riesige Datenmengen schnell speichern und abrufen können, ohne dabei zu viel Energie zu verbrauchen.

Millionen neuer Speicherzellen könnten Teil eines Computerchips sein und diese Geschwindigkeit und Energieeinsparung bieten, dank der Entdeckung einer bisher unbeobachteten Funktionalität in einem Material namens Molybdänditellurid.

Das zweidimensionale Material wird in mehreren Schichten gestapelt, um eine Speicherzelle aufzubauen. Forscher der Purdue University haben diesen Speicher in Zusammenarbeit mit dem National Institute of Standards and Technology (NIST) und der Theiss Research Inc. entwickelt. Der Forschungsbericht erschien in der Online-Ausgabe von "Nature Materials".

Chip-Hersteller fordern seit Langem bessere Speichertechnologien, um ein wachsendes Netz von intelligenten Geräten zu ermöglichen. Eine dieser zukünftigen Lösungen ist der resistive RAM, kurz RRAM.

Im RRAM wird ein elektrischer Strom typischerweise durch eine Speicherzelle geleitet, die aus gestapelten Materialien besteht, wodurch eine Widerstandsänderung entsteht, die Daten als "0" und "1" im Speicher aufzeichnet.

Ein entsprechendes Material müsste robust genug sein, um Daten mindestens billionenfach zu speichern und abzurufen, aber die derzeit verwendeten Materialien waren zu unzuverlässig. Daher war das RRAM noch nicht für einen breiten Einsatz auf Computerchips verfügbar.

"Wir haben die Systemermüdung mit diesem neuen Material noch nicht erforscht, aber wir hoffen, dass es aufgrund des einzigartigen Schaltmechanismus, den wir beobachtet haben, schneller und zuverlässiger ist als andere Ansätze", kommentierten Professor Jörg Appenzeller von Purdue University und Professorin Patricia L. Epstein Professorin vom Birck Nanotechnology Center.

Mit Molybdänditellurid kann ein System schneller zwischen 0 und 1 wechseln, was die Geschwindigkeit der Speicherung und des Abrufs von Informationen erhöht.

Denn wenn ein elektrisches Feld an die Zelle angelegt wird, werden die Atome um einen winzigen Abstand verschoben, was zu einem Zustand mit hohem Widerstand (0) oder einem Zustand mit niedrigem Widerstand (1 führt, was viel schneller abläuft als das Schalten in herkömmlichen RRAM-Elementen.

"Da weniger Strom benötigt wird, um diese resistiven Zustände zu ändern, könnte eine Batterie länger halten", sagte Appenzeller.

In einem Computerchip würde sich jede Speicherzelle an der Kreuzung von Drähten befinden und damit ein Speicherarray bilden, das als Cross-Point-RRAM bezeichnet wird.

Das Labor von Appenzeller will den Aufbau einer gestapelten Speicherzelle untersuchen, die auch die anderen Hauptkomponenten eines Computerchips beinhaltet: "Logik", die Daten verarbeitet und "Verbindungen", Leitungen, die elektrische Signale übertragen, unter Verwendung einer Bibliothek neuartiger elektronischer Materialien, die vom NIST hergestellt werden.

"Logik und Verbindungen belasten auch die Batterie, sodass der Vorteil einer vollständigen zweidimensionalen Architektur in mehr Funktionalität auf engstem Raum und einer besseren Kommunikation zwischen Speicher und Logik besteht", sagte Appenzeller.

Zwei US-Patentanmeldungen für diese Technologie wurden über das "Purdue Office of Technology Commercialization" eingereicht.

Dieses Forschungsprojekt wurde von der Semiconductor Research Corporation durch das NEW LIMITS Center (geleitet von der Purdue University), das NIST, das U.S. Department of Commerce und die 'Material Genome Initiative' finanziell unterstützt.

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