Nach der Elektronik kommt die Spintronik: Indem man nicht nur die Ladung der Elektronen nutzt, sondern auch ihren Spin, also ihre Eigendrehbewegung, können kleinere Speicherzellen hergestellt werden. Es konkurrieren MRAM mit FRAM um die Zukunft der Computer-Speicher. Anzeige
Herzstücke einer MRAM-Zelle (Magnetic Random Access Memory) sind mehrere Nanometer-dünne magnetische Schichten, die den Elektronenstrom kontrollieren, je nachdem, ob sie parallel oder antiparallel magnetisiert sind. Was sonst den Strom nicht beeindruckt, ist in hauchdünnen Schichten anders: Der Widerstand ändert sich mit der magnetischen Ausrichtung der Schicht. Da die Magnetisierung bleibt, hat man eine nichtflüchtigen Speicherzelle. Die Adressierung erfolgt über elektrische Kontakte.
Bislang beträgt die Schreib- und Lesegeschwindigkeit aber nur wenige 100 MHz, weil die Präzession der Spins sehr träge ist. Hans Schumacher von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) hat jetzt gezeigt, wie es deutlich schneller geht: Indem sehr kurze Pulse die Speicherzelle adressieren, klappt ihr Spin um 180 oder 360° um, statt zu präzessieren. Diese Idee hatten auch schon andere, das Problem dabei war aber, dass das bislang nur bei einer Zelle, sprich einem Bit klappt, nicht aber bei realistischen Speichern, in denen vielen Zellen von einer Leitungsmatrix angesteuert werden. Durch den kurzen, kräftigen elektrischen Puls werden auch benachbarte Zellen beeinflusst.
Mit einer speziellen Pulsfolge gelang es Schumacher nun, dieses Problem zu lösen Er nennt das ballistische Adressierung der Zellen. Die Umsetzung vom Forschungs- ins Entwicklungslabor wird zeigen, ob damit MRAM frischen Wind bekommt. Viel Zeit bleibt nicht mehr, denn die Zeilen können nicht beliebig klein werden. Es droht das so genannte superparamagnetische Limit: Oberhalb dieses Limits wird ein magnetisches Element gerade nicht durch die thermische Energie laufend ummagnetisiert. Eine kleinere Zelle hat keine remanenten Zustände mehr und taugt daher nicht als Speicherbaustein. Diese Grenze liegt materialabhängig bei etwa 10 nm und damit in einem Bereich, den die Lithografietechniken nach der Halbleiter-Roadmap in etwa 15 Jahren erreichen werden. Die MRAM-Protagonisten müssen angesichts dieser Zeitgrenze möglichst früh ein vorzeigefähiges Produkt vorlegen.
Derzeit werden 4-MBit-MRAM-Chips als Muster von Freescale bereits verkauft. Der Chip entsteht in einem 0,18-Mikrometer-Fertigungsprozess und ist bisher nur in Musterstückzahlen und mit Zugriffszeiten von 25 oder 35 Nanosekunden zu haben. Im Rahmen ihrer seit 2002 kooperativ durchgeführten MRAM-Entwicklung haben Toshiba und das Hitachi-Mitsubishi-Jointventure Renesas Technology Fortschritte auf dem Weg zum konkurrenzfähigen 256-MBit-MRAM präsentiert, mit dessen Herstellung sie dieses Jahr beginnen wollten. Aber es gibt auch Rückschläge. Die US-Halbleiterfirma Cypress steigt aus dem MRAM-Geschäft aus, obwohl das Unternehmen als eines der ersten serienreife MRAM-Chips auslieferte. Cypress hatte bereits vor etwa einem Jahr zwei MRAM-Chips angekündigt und Muster eines SRAM-kompatiblen 256-KBit-Chips seit Anfang des Jahres an Pilotkunden ausgeliefert. Doch die Herstellung kommerziell konkurrenzfähiger MRAMs mache eine wirtschaftliche Fertigungstechnik für den nur schwer beherrschbaren Zell-Aufbau trotz jahrelanger, intensiver Bemühungen renommierter Halbleiter-Experten bisher nicht möglich..
Quelle:http://www.heise.de
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