Datenspeicher aus schwingenden Nanoröhrchen

Cambridge (Großbritannien) – Silizium ist für schnelle Arbeitsspeicher unverzichtbar. Da das Potenzial dieses Halbleiters mit schrumpfenden Schaltkreisen im kommenden Jahrzehnt an seine Grenzen stoßen wird, suchen Forscher nach Alternativen. Sogar mechanische Module könnten wieder interessant werden, sofern sie klein genug sind. Dieses Ziel
verfolgen britische und koreanische Physiker, die einen Datenspeicher aus schwingenden Nanoröhrchen aufgebaut haben. Sie präsentieren ihr Labormuster in der Zeitschrift "Nature Nanotechnology".

"Elektromechanische Module sind brauchbar für Speicheranwendungen wegen ihrer exzellenten "An-Aus"-Verhältnisse und ihrer schnellen Schaltcharakteristik", schreiben Jae Eun Jang von der University of Cambridge und seine Kollegen von der Sungkyunkwan Universität in der koreanischen Stadt Suwon. Ein winziger nanoelektromechanischer (NEM) Schalter könnte nun die Grundlage für größere Arbeitsspeicher bilden.

Die Forscher ließen dazu nur etwa 60 Nanometer dünne Kohlenstoffröhrchen senkrecht aufgerichtet auf einer elektrisch schaltbaren Unterlage wachsen. Mit einer wenige Nanometer dünnen Doppelhülle aus Siliziumnitrid und Chrom verhält sich eines der Röhrchen wie ein Kondensator. Ein benachbartes Röhrchen bleibt dagegen "nackt". Fließt nun ein Strom durch dieses Modul, wird das unverhüllte Nanoröhrchen elektrostatisch von dem Kondensator-Röhrchen angezogen. Es biegt sich flexibel auf den Kondensator hin bis ein elektrischer Kontakt entsteht. Dabei fließt ein Strom und das Kondensator-Röhrchen wird aufgeladen. Diese Ladung repräsentiert ein zu speicherndes Bit. Elektrisch geschaltet kann dieses Kohlenstoffröhrchen wieder zurückschwingen und den Kontakt unterbrechen.

Dieser Schaltprozess ist prinzipiell für den Aufbau von Arbeitsspeichern geeignet. Schätzungen der Forscher haben ergeben, dass dabei Schaltfrequenzen von 62 bis 750 Megahertz erreicht werden können. Für ein nutzbares nanoelektromechanisches Modul müssten allerdings Tausende dieser Röhrchenpaare auf einer Oberfläche angeordnet werden. Genau diesen Schritt halten Jang und Kollegen mit ihrem Fertigungsverfahren für möglich. Denn sie nutzten für die Herstellung der Unterlage der Röhrchen etablierte Lithografieverfahren. Auch die Röhrchen selbst können bisher mit einer Ausbeute von etwa 50 Prozent auf dieser Unterlage gezüchtet und kontrolliert mit einem plasmaunterstützten Beschichtungsverfahren umhüllt werden. Aber ob solche NEM-Module jemals an die Leistungsfähigkeit von Arbeitsspeichern aus Silizium heranreichen, lässt sich heute noch nicht sagen.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Nanoscale memory cell based on a nanoelectromechanical switched capacitor, Jae Eun Jang et al., Nature Nanotechnology,
  DOI:10.1038/nnano.2007.417
  

• Electrical Engineering Division, University of Cambridge:
  http://www.eng.cam.ac.uk/research/p-b/index.html
  

• Samsung Advanced Institute of Technology:
  http://www.sait.samsung.com/
  

• Advanced Institute of Nanotechnology, Sungkyunkwan University:
  http://www.skku.edu/eng/core/saint.html
  

Weiterführende Literatur:

• Parkin, S. S. P. et al. Exchange-biased magnetic tunnel junctions and application to nonvolatile magnetic random access memory. J. Appl. Phys. 85, 5828–5833 (1999).
  

• Reohr, W. et al. Memories of tomorrow. IEEE Circuits & Devices 18, 17–27 (2002).
  

• Tans, S. J., Verschueren, A. R. M. & Dekker, C. Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube. Nature 393, 49–52 (1998).
  

• Badzey, R. L., Zoflagharkhani, G., Gaidarzhy, A. & Mohanty, P. A controllable nanomechanical memory element. Appl. Phys. Lett. 85, 3587–3589 (2004).