Wachablösung des Siliziums bei neuartigen nichtflüchtigen Speicherchips?
Schon seit längerem wird hinter vorgehaltener Hand getuschelt, dass in den "geheimen" Forschungslaboratorien der großen Halbleiterschmieden von
Motorola, Hewlett-Packard, IBM, Infineon, Philips sowie der koreanischen und japanischen Hersteller fieberhaft an neuartigen nichtflüchtigen
Speicherchips gearbeitet wird, die den Umgang mit dem PC revolutionieren sollen. "Neuartig" nicht nur im Hinblick auf die Speichertechnologie,
sondern auch in Bezug auf das Chipmaterial. Man spricht schon ketzerisch von einer "Wachablösung" des Siliziums! In diesem Zusammenhang bin ich
bei meinen Recherchen auf aktuelle Informationen gestoßen, die zumindestens in den nächsten fünf Jahren keine "Wachablösung" des Siliziums bei
der Entwicklung und Fertigung derartiger Speicherchips erwarten lassen. Die Essenz meiner Recherchen habe ich im folgenden kleinen Essay
zusammengestellt:
Derzeit werden eine ganze Reihe technisch unterschiedlicher Varianten nichtflüchtiger Speicher entwickelt. Auf Grund ihres derzeitigen
Entwicklungsstandes sind nach Expertenmeinung die heißesten Kandidaten im Wettrennen der nichtflüchtigen Speicherchips mit den größten
Marktchancen, momentan die so genannten Magnetoresistiven Speicher (M-RAMs) sowie die Ferroelektrischen RAMs (auch Fe-RAMs genannt). Beide
speichern die Daten nach dem Ausschalten des Stroms mindestens noch zehn Jahre lang.
Die heute üblichen DRAM-Chips (Dynamic Random Access Memory) speichern die Bits in Kondensatoren, die sich schnell entladen. Sie müssen daher
ständig aufgefrischt werden und ohne Strom verlieren sie schlicht und einfach ihr Gedächtnis. Sollen Daten dauerhaft gespeichert werden, so
müssen momentan noch andere Speichermedien (Festplatten, Bandlaufwerke, Zip-Medien, Disketten, Flash-Cards, CD-ROMs etc.) eingesetzt werden.
Im Gegensatz zu den DRAMs erinnern sich die neuen Speicherchips stets an ihren letzten Speicherinhalt, d.h. damit ausgerüstete Computer sind
beim Einschalten sofort betriebsbereit und dies selbst noch nach Jahren! Nach Expertenprognosen des Stuttgarter Max-Planck-Institut für
Festkörperphysik wird in zwei bis drei Jahren der "große Marsch" dieser Chips beginnen. Dank ihres Langzeitgedächtnisses könnten die neuen
Chips sogar Festplatten ersetzen. Dadurch werden die Rechner nicht nur deutlich schneller, sondern auch wesentlich billiger und kleiner.
Bei den Fe-RAMs, besteht jede Speicherzelle aus Tausenden winzigen Kristall-Käfigen, die jeweils ein einziges geladenes Atom (Ion) in ihrem
Innern "gefangen" halten. Durch ein kurzzeitig angelegtes äußeres elektrisches Feld kann das Atom zwischen den zwei "Käfigstangen" hin - und
herspringen. Die beiden Positionen des Atoms stehen für die binäre Information der Speicherzelle. Nach Abschalten des Feldes (bzw. des Stroms)
bleibt das Atom stabil auf seiner jeweiligen Position sitzen; dadurch entsteht die gewünschte Langzeit-Speicherung. Die Höhe des aufgewandten
Stroms beim Lesen der Zelle gibt an, ob das Atom durch den "Lesestrom" verschoben wurde oder bereits zuvor in der gegenüberliegenden Position
saß. Als "Ionen-Käfig" dienen die bereits in den fünfziger Jahren entdeckten Perovskit-Kristalle, die aus einer oder mehreren Schichten
"exotischer" Metall-Oxyde bestehen.
Bei den M-RAMs besteht jede Speicherzelle aus zwei winzigen Magnetplättchen, die perfekt in das sie umgebende Halbleitermaterial integriert und
mittels einer extrem dünnen Leiterschicht voneinander getrennt sind. Die Plättchen ähneln Stabmagneten und haben jeweils einen magnetischen
Nord - und Südpol. Mit Hilfe eines, durch die benachbarten Leiterbahnen fließenden elektrischen Stroms kann die obere Platte der Speicherzelle
magnetisch umgepolt werden. Die binäre Information wird durch die unterschiedliche magnetische Polarität der Zelle dargestellt. Der Speicherinhalt
dieser "Mikro-Magnete" bleibt ohne äußere Einflüsse mindestens zehn Jahre erhalten. Beim Auslesen einer derartigen Speicherzelle wird ein Strom
durch die dünne Leiterschicht zwischen den Magnetplättchen geschickt. Dabei hängt die Stromstärke von der Polung der Plättchen und damit vom
Informationsinhalt der Zelle ab.
Eine andere Variante nichtflüchtiger Speicher, die sich derzeit noch im Stadium der Grundlagenforschung befindet und von Intel favorisiert wird,
sind die OUM-Chips (Ovonics Unified Memory). In diesen Chips wird das Silizium auf unterschiedlich hohe Temperaturen erhitzt. Dabei zerfallen
die Siliziumkristalle bei starker Erhitzung zu einer amorphen Masse, während sich bei langsamer Erhitzung regelmäßige Kristalle bilden. Auf
Grund der unterschiedlichen "kristallinen Strukturen" kann zwischen den binären Zuständen unterschieden werden.
Auch IBM hat kürzlich den Prototypen eines neuen Speicherchips vorgestellt, der sich ebenfalls in einem frühen Forschungsstadium befindet. Der
Tausendfüßler-Chip "Millipede" sticht seine Informationen mittels tausender, winziger Siliziumnadeln in eine Kunststofffolie. Der als
Festplattenersatz konzipierte Chip arbeitet derzeit noch sehr langsam und ist zudem noch äußerst stoßempfindlich.
Während kleinere Fe-RAMs bereits im Handel erhältlich sind, gehen M-RAMs erst 2003 oder 2004 in die Massenfertigung. Beide Technologien sprechen
unterschiedliche Märkte an: Fe-RAMs werden den Schwerpunkt ihrer Anwendung mehr in Spezialchips (z.B. Datenverschlüsselung) finden, während der
Einsatz von M-RAMs mehr auf den "Massenmarkt" (PCs, Digitalkameras etc.) zielt.
Wie wir sehen, bleibt uns Silizium als Material zur Herstellung von Speicherchips wohl noch ein Weilchen erhalten! Ich möchte daher mein
kleines Essay mit dem etwas abgewandelten Zitat "König Silizium ist tot, es lebe König Silizium....." ausklingen lassen.
Euer Datahunter
