Quantenpunktbasierter nicht-flüchtiger Speicher (QD-Flash) mit schneller Schreib-, Lösch- und Lesezeit von wenigen Nanosekunden - Green Memory Concept

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Bimberg
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 41488511

Der Markt für Halbleiterspeicher ist zweigeteilt: Auf der einen Seite gibt es die schnellen, aber flüchtigen Dynamic Random Access Memories (DRAM), in denen die Information zyklisch wieder beschrieben werden muss und so zu einem hohen Energieaufwand führt. Auf der anderen stehen die nicht-flüchtigen Flashspeicher, welche die Information zwar länger als 10 Jahre ohne Energiezufuhr speichern können, aber dafür eine sehr langsame Zugriffszeit und eine schlechte Haltbarkeit besitzen. Eine Verknüpfung der individuellen Vorteile würde zu einem idealen Speicher führen, der gleichzeitig eine lange Speicherzeit und einen schnellen Zugriff ermöglicht (holy grail of memories).Ein Speicher basierend auf selbst organisierten III-V-Halbleiterquantenpunkten hat das Potential, genau dies zu leisten: prinzipiell ist er nicht flüchtig, ermöglicht aber auch eine schnelle Schreibzeit durch schnellen Ladungsträgereinfang. Bisher gemachte Untersuchungen zeigten vielversprechende Ergebnisse: die Speicherzeit konnte durch Änderung des Materialsystems um neun Größenordnungen gesteigert werden, es wurden schnelle Schreibzeiten von Nanosekunden demonstriert und erste voll funktionsfähige Prototypen vorgestellt. Im Rahmen des hier beantragten Folgeprojektes soll das im ersten Teil des Projektes validierte Konzept der Quantenpunktspeicher so weiterentwickelt werden, dass letztere sowohl in ihren dynamischen wie statischen Eigenschaften heute vorhandene Speicherbauelemente wesentlich übertreffen. Das Folgeprojekt fokussiert sich auf zwei Ziele: - Neuartige Heterostrukturen sollen epitaktisch gewachsen und hinsichtlich ihrer elektronischen Eigenschaften, insbesondere ihrer Speicherzeit für Löcher, charakterisiert werden. Die Speicherzeit von Löchern in Quantenpunkten soll gegenüber dem heutigen Stand (der bereits um 2 Zehnerpotenzen über jenem von DRAMs liegt), um zumindest zwei weitere Größenordnungen erhöht werden.- Eine neuartige Speicherarchitektur, bei der beide Ladungsträgertypen (Elektronen und Löcher) zum Kodieren der Information verwendet werden, wird realisiert. Der Schreib- und Löschprozess findet dabei durch gezielte Injektion des komplementären Ladungsträgers in die Quantenpunkte und anschließende optische Rekombination statt. Auf diesem Weg wird der Schreib- und Löschprozess unabhängig von den Emissions- und Einfangbarrieren. Dies ist beim derzeitigen Konzept nicht der Fall.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen