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4,6 Mio. Euro für IP-Firma aus Dresden

Deutscher Startup will neuen Speicher-Standard setzen

5. Juli 2018, 13:25 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Ferroelektrisch – aber ganz anders

Nun also zur ferroelektrischen Technik selber, dem grundlegenden Differenzierungsmerkmal von FMC. Die alles entscheidende Entdeckung hatten Ingenieure von Qimonda im Jahr 2007 gemacht. Dazu ein kurzer Rückblick. Damals bestand die große Herausforderung für die IC-Hersteller darin, dass mit schrumpfenden Strukturgrößen das Gate-Oxid (SiO2) immer dünner werden musste. Deshalb nahmen die Verluste durch Leckströme überhand. Um sie zu verringern, setzten die Hersteller auf Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante (auf Englisch „High-k-Materials“). Intel führte HfO2 in amorpher Form in den Gate-Stack seiner 45-nm-Transistoren ein.

Aber auch die Ingenieure, die sich mit DRAMs beschäftigten, hielten nach High-k-Materialien Ausschau, um die Kapazität der Kondensatoren von DRAM-Zellen zu erhöhen. Bei Qimonda setzte man damals auf kristallines HfO2 und entdeckte, dass das Material in einer bestimmten kristallinen Phase ferroelektrisch wird. Da lag es nahe, diesen Effekt für den Aufbau von nichtflüchtigen Speichern zu verwenden. Das Besondere daran: Wie Intel schon gezeigt hatte, lässt sich HfO2 – anders als die bisher bekannten ferroelektrischen Materialien – direkt in den Gate-Stack des Transistors einbauen. Der FeFET war geboren und damit die 1T-nichtflüchtige Speicherzelle, die so schön entsprechend Moore‘s Law skaliert – ohne zusätzliches Equipment und exotische, neue Prozesstechniken. »Wir können jeden Transistor einfach in eine nichtflüchtige Speicherzelle verwandeln«, sagt Dr. Müller. Das gelte nicht nur für die aktuellen FinFETs, sondern auch für die kommenden Nanowire-Transistortypen. Die Fläche der HfO2-Schicht im Gate reiche ersten Experimenten zufolge sogar bei Strukturgrößen unter 10 nm aus, um den ferroelektrischen Effekt nutzen zu können.

Und so funktioniert er: Die Polarisationsrichtung des Materials ist nach einem positiven Gate-Write-Puls nach unten gerichtet, sodass die Schwellspannung des Transistors nach unten verschoben wird. Nach einem negativen Gate-Write-Puls ist die Polarisation nach oben gerichtet, die Schwellspannung wird nach oben verschoben. Zum Lesen der Speicherzelle legt man eine Spannung zwischen der (jeweils bekannten) unteren und oberen Schwellspannung an und stellt fest, ob der Transistor leitet (0 gespeichert) oder sperrt (1 gespeichert). Das Material behält seine jeweilige Polarisation auch dann bei, wenn keine Spannung anliegt. Die Speicherzelle behält also ihr Gedächtnis und ist damit nichtflüchtig. Die Transistoren lassen sich sehr effektiv in einem AND-Array anordnen; ein Access-Transistor ist nicht erforderlich. Damit lässt sich das Array unkompliziert aufbauen und ist zudem kostengünstig.

Grundsätzlich wären die Speicher damit auch für Stand-alone-ICs geeignet. FMC will sich aber vorerst auf den wachstumsträchtigen Markt für Embedded Memories konzentrieren. Und auch wenn es Anzeichen dafür gibt, dass andere Firmen an dieser neuen Art der ferroelektrischen Speicher arbeiten, sieht sich Dr. Müller mit den bereits erteilten Patenten, weiteren anhängigen und der langjährigen Erfahrung in einer guten Ausgangsposition auf diesem Gebiet.