Wann kommen die Phasenwechselspeicher?

1 GBit, 45 nm! Noch in diesem Jahr will Numonyx in neue Dimensionen der Phasenwechselspeicher-Technik vordringen und damit die Hürde überspringen, die sich der Anwendung neuer Speicherkonzepte in den Weg stellte: die zu niedrige Speicherkapazität.

Fast alle Speicherhersteller forschen an neuen Speicherkonzepten. Bislang gilt jedoch für alle Alternativen: Die magere Speicherkapazität zwingt sie in die Nische. Anders Numonyx: Der erste auf Phasenwechselspeicher-Technologie basierende Baustein wartet mit einer Kapazität von immerhin 128 MBit auf. Und das soll erst der Anfang sein: »Noch in diesem Jahr werden wir einen 1-GBit-Baustein bemustern«, kündigt Roberto Bez, Fellow R&D von Numonyx an, »und diesen Chip 2010 kommerziell verfügbar machen.«

Das Unternehmen, das aus der Speichersparte von STMicroelectronics und dem NOR-Flash-Segment von Intel hervorgegangen ist, sieht in der Phasenwechselspeicher-Technik derzeit das größte Potenzial im Vergleich zu anderen Speichertechniken, weil sie die Vorteile von NAND-und NOR-Flash sowie RAM kombiniert. Die Speicher-ICs bieten Nichtflüchtigkeit und Bit-weises Löschen und Schreiben zusammen mit einer hohen Schreibgeschwindigkeit und »Execution in Place«. Des Weiteren lassen sich die Speicher für Spannungen von 3 bis 1,2 V auslegen.

Noch gewichtiger ist für Roberto Bez allerdings eine andere Charakteristik: die Skalierbarkeit der Technologie. Dass sich die Bausteine mit kleinen Fertigungs-Geometrien herstellen lassen, stellt Numonyx bereits heute unter Beweis: Die 90-nm-Fertigungstechnologie, auf der die derzeit ersten verfügbaren Chips basieren, ist zwar längst nicht »Leading Edge«-Technologie, aber für die erste Generation eines neuen Speicher-Designs ein guter Anfang.

Mit der Implementierung des 45-nm-Prozesses Ende dieses Jahres nähert sich Numonyx mit seinen Phasenwechselspeichern der Flashtechnologie an. »Auch an dem nächsten Entwicklungsschritt, dem Fertigungsprozess auf Strukturen im 30er-Bereich, arbeiten wir bereits «, lässt Bez verlauten. Diese Hürde werde das Unternehmen voraussichtlich 2012 nehmen können.
Ganz entscheidend sei aber, was danach kommt: Während »Floating Gate Flash« bei zunehmend kleineren Strukturen Probleme bereitet, lässt sich die Phasenwechselspeicher-Technik gut skalieren. Davon ist zumindest Roberto Bez überzeugt. »Forscher konnten bereits demonstrieren, dass sich die minimale Dimension von stabilem Phasenwechsel-Material auf Größenordnungen unter 10 nm skalieren lässt. Die Technologie hat also das Potenzial, mindestens ein weiteres Jahrzehnt zu überstehen.«

Zumal sich die Speicherkapazität alle zwei Jahre verdoppeln lasse. Numonyx will eigenen Angaben zufolge die neuen Speicher schnell für einen breiten Markt zugänglich machen. Das Ziel ist es, »Phase Change«-ICs in großen Volumen zu produzieren. Anders als einige Wettbewerber wolle man sich nicht mit Nischenanwendungen zufrieden geben.

Ein Grund, warum die Ziele so ehrgeizig sind, kann damit zusammenhängen, dass das Unternehmen heute den größten Teil seines Umsatzes mit NOR-Flash- Speichern in einem Segment erzielt, das laut Prognosen der Analysten weiter schrumpfen wird. Mit den »Phase Change«-Speichern kann Numonyx eigenen Angaben zufolge in die Anwendungen vordringen, die nichtflüchtigen Speicher erfordern. Zudem kann das Unternehmen mit seiner Technologie aber auch DRAM-Features bereitstellen, die die Performance des Speichersystems verbessern.

Allerdings, so räumt Bez ein, gebe es derzeit noch einige Einschränkungen: Die Speicher sind derzeit für einen operativen Temperaturbereich von –40 bis +85 °C ausgelegt. Die GeSbTe-Legierung (Germanium-Antimon-Tellur), auf der die Speicher derzeit basieren, eignet sich nicht für einen erweiterten Temperaturbereich, der über +85 °C hinausgeht. Deshalb wird sich Numonyx zuerst auf Anwendungen der Konsumelektronik fokussieren, einschließlich des volumenträchtigen Handymarktes. Indessen forscht das Unternehmen an anderen Legierungen, um die Technologie auch für höhere Anforderungen an den Temperaturbereich auslegen zu können.