Nichtflüchtiger Nanospeicher

Nichtflüchtiger Nanospeicher

Speicherkarten können sich heutzutage bis zu acht Gigabyte digitale Daten dauerhaft merken. In naher Zukunft sollen magnetische Chips (magnetic random access memory, MRAM) die Arbeitsspeicher in Computern revolutionieren und einen längeren Boot-Prozess erübrigen. Amerikanische Wissenschaftler der Firma Nantero setzen dagegen auf Transistoren aus Mikrometer langen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (nano­tube random access memory, NRAM). Mit einem 13 Zentimeter großen NRAM-Prototyp konnten sie bereits rund 1,2 Gigabyte speichern. Zusammen mit Partnern aus der Chipindus­trie wollen die Nantero-Forscher schon im Sommer 2006 erste Produktmuster solcher Chips auf der Basis von Nanoröhrchen vorstellen.

Transistoren auf Basis von Nanoröhrchen lassen sich prinzipiell als Computer-Arbeitsspeicher nutzen. (Quelle: Nantero)

Für ihren Speicherchip positionierten die Wissenschaftler ganze Bündel aus einwandigen, leitenden und halbleitenden Nanoröhrchen über winzige, etwa 18 Nanometer tiefe Lochbohrungen in einem Siliziumsubstrat (Abb.). Ohne angelegte Spannung überbrücken sie diese Aushöhlung und beeinflussen den elektrischen Widerstand zwischen zwei Kontakten unterhalb des Loches von einigen Gigaohm nicht. Durchfließt dagegen elektrischer Strom bei einer Spannung von wenigen Volt die Röhrchen, werden die Bündel aus Nanoröhrchen von der unteren Kontaktschicht angezogen und berühren diese. Der Widerstand zwischen den Kontakten schrumpft schlagartig auf wenige Kiloohm. Dieser Unterschied in der Leitfähigkeit ist für jedes Schalt­modul messbar und steht für die digitalen Basiswerte „0“ und „1“.

Einmal anzogen werden die Nanoröhrchen über van der Waals-Kräfte festgehalten, sodass die digitalen Werte auch ohne weitere Stromzufuhr erhalten bleiben. Damit ist die Grundlage für einen nichtflüchtigen Datenspeicher gelegt. Erst durch einen erneuten entgegengesetzten Spannungspuls lösen sich die Röhrchen wieder und der elektrische Widerstand steigt an. Nach Aussage von Nantero-Mitgründer Greg Schmergel erreichen die NRAM-Speicher Taktraten im Gigahertz-Bereich und sind damit ähnlich schnell wie heute verwendete SRAM- oder DRAM-Module (static bzw. dynamic RAM). Der Grund dafür liege in den geringen Strecken, entlang denen sich die Nanoröhrchen verformen müssten. Um NRAM-Chips in Großserie fertigen zu können, gelte es nun, das Herstellungsverfahren, das auf Photolithographie- und Spin-Coating-Prozessen beruhe, zu optimieren.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, November 2005