JARA ReRAM ist gleichzeitig Datenspeicher und Batterie

Aufbau einer resistiven Speicherzelle (ReRAM): Zwischen den beiden Elektroden baut sich eine elektrische Spannung auf, sodass die Speicherzellen als winzige Batterien betrachtet werden müssen. Sogenannte Filamente, die sich durch Ablagerungen im Betrieb bilden, können die Batterieeigenschaften verändern.
Aufbau einer resistiven Speicherzelle (ReRAM): Zwischen den beiden Elektroden baut sich eine elektrische Spannung auf, sodass die Speicherzellen als winzige Batterien betrachtet werden müssen. Sogenannte Filamente, die sich durch Ablagerungen im Betrieb bilden, können die Batterieeigenschaften verändern.

Resistive Speicherzellen (ReRAM), nanoelektronischer Informationsspeicher der Zukunft, sind gleichzeitig auch winzige Batterien, wie Forscher der Jülich-Aachen Research Alliance (JARA) nachgewiesen haben. Die Forschungsgruppe hat bereits eine Idee zum Patent angemeldet, wie sich mit Hilfe der Batteriespannung das Auslesen der Daten verbessern lässt.

Durch den Einsatz von ReRAM lässt sich der Energieverbrauch moderner IT-Systeme drastisch verringern und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit deutlich steigern. »Entgegen der gängigen Theorie sind diese neuartigen Speicherzellen keine rein passiven Bauelemente, sondern müssen als winzige kleine Batterien betrachtet werden«, sagt Prof. Rainer Waser, Leiter der Forschungsgruppe.

Die Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen haben in aufwendigen Versuchen die Batteriespannung von typischen Vertretern der ReRAM-Zellen bestimmt und mit theoretisch zu erwartenden Werten verglichen. So konnten weitere Eigenschaften bestimmt werden, »die vorher weder bekannt noch zugänglich waren«. Im Nachhinein sei das Vorhandensein einer Batteriespannung in ReRAM »selbstverständlich, aber während des neunmonatigen Begutachtungsprozesses war sehr viel Überzeugungsarbeit zu leisten, weil die Batterie-Spannung in ReRAM-Zellen drei verschiedene prinzipielle Ursachen haben kann und die Zuordnung der korrekten Ursache alles andere als trivial ist«.

Die neuen Ergebnisse würden dazu beitragen, »einige zentrale Rätsel in der internationalen ReRAM-Forschung zu klären«, ist Waser überzeugt. In den letzten Jahren seien unerklärliche Langzeitdrift-Phänomene oder systematische Parameterstreuungen beobachtet worden, die man der Fertigung zugeschrieben habe. Nun könne man zielgerichtet das Design der ReRAM-Zellen optimieren und eventuell sogar Wege finden, die Batteriespannung der Zellen für völlig neue Anwendungen zu nutzen, die bisher »jenseits aller technischen Möglichkeiten« lagen. (es)