Integrierte Datenspeicher
Daten sind die Grundlage moderner digitaler Industrien. Von KI und Edge Computing bis hin zu Industrieautomation wächst die Nachfrage nach schnellem, skalierbarem und energieeffizientem nichtflüchtigem Speicher stetig. Heute werden die meisten Daten als magnetische Bits in Festplatten (HDDs) gespeichert – eine bewährte Technologie, die vor über 50 Jahren entwickelt wurde. Herkömmliche Speicherlösungen stoßen jedoch an fundamentale Skalierungs- und Leistungsgrenzen, die weitere Fortschritte bei Speicherdichte, Geschwindigkeit und Energieeffizienz einschränken.
Magnetoresistiver Random Access Memory (MRAM) gehört zu den vielversprechendsten Speichertechnologien der nächsten Generation. Basierend auf Spintronik speichert MRAM Informationen über den Spin von Elektronen statt nur über deren Ladung. Dies ermöglicht:
Neben MRAM zeigen Konzepte wie Racetrack Memory (RTM), wie spinbasierte Speicher ultrahochdichte Speicherarchitekturen ermöglichen können.
Eine zentrale Herausforderung bei spinbasierten Speichersystemen ist die effiziente Umwandlung von Ladung in Spin und umgekehrt. Diese Prozesse werden durch Spin-Bahn-Kopplung (Spin-Orbit-Kopplung) angetrieben und sind entscheidend für Spin-Orbit-Torque (SOT) MRAM und Racetrack-Memory-Geräte.
Materialien mit hohen Spin-Hall-Winkeln sind entscheidend, um Schreibströme zu reduzieren und energieeffiziente MRAM-Geräte zu ermöglichen. Die Erforschung neuer Materialien und optimierter Schichtstapel ist daher zentral, um Leistung und Skalierbarkeit von Geräten zu verbessern.
Unsere Forschung verbindet fundamentale Spintronik mit industrieller Halbleiterfertigung. Wir untersuchen:
Wir fertigen und charakterisieren einzelne MRAM-Zellen und nanoskalige Gerätearrays unter Verwendung bewährter Halbleitermaterialien und -prozesse. Durch die Untersuchung des Skalierungsverhaltens auf technologisch relevanten Dimensionen identifizieren wir fundamentale Herausforderungen und entwickeln Strategien zu deren Überwindung.
MRAM gilt als Schlüsseltechnologie für:
Durch die Weiterentwicklung skalierbarer spintronischer Speichertechnologien tragen wir zur Schaffung robuster, leistungsfähiger und industriell umsetzbarer nichtflüchtiger Speicherlösungen der nächsten Generation bei.
Wir arbeiten eng mit dem Fraunhofer ENAS zusammen, um die vielfältigen Möglichkeiten der Spintronik in verschiedenen Anwendungsbereichen voll auszuschöpfen. Während wir uns auf die Entwicklung von fortschrittlichen magnetischen Speicherkonzepten konzentrieren, treibt das Fraunhofer ENAS die Forschung im Bereich hochsensitive Magnetfeldsensoren voran.
Diese strategische Kooperation basiert auf einem gemeinsamen Reinraumkonzept, das uns erlaubt, unsere komplementären Stärken optimal zu nutzen. Zum Beispiel können am Fraunhofer ENAS Prozesstechnologie auf bis zu 200-mm-Wafern abgebildet werden, während wir uns auf die Bearbeitung von 300-mm-Wafern spezialisiert hat. Durch den Zugriff auf die hochmodernen Reinräume beider Institute können wir Kundenanfragen noch gezielter und effizienter bearbeiten. Unsere Partner und Kunden profitieren dabei von der vereinten Expertise auf diesem Fachgebiet und maßgeschneiderten Lösungen.
Darüber hinaus arbeiten beide Institute eng zusammen an der Erforschung von RF-Devices, einem weiteren spannenden Anwendungsbereich der Spintronik. Diese gemeinsame Forschungsarbeit ermöglicht es uns, innovative Lösungen für zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme zu entwickeln. Durch die Kombination unserer Stärken in Sensortechnologie, Speichertechnologie und RF-Devices bieten wir eine umfassende Expertise und einzigartige Lösungen für komplexe technische Herausforderungen.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme