Ferroelektrische Speicher

Überall dort wo Daten verarbeitet werden, müssen diese Informationen oft auch abgelegt und gespeichert werden. Die starke Entwicklung hin zu vernetzten, intelligenten Systemen erfordert eine Datenverarbeitung und -speicherung bereits in dezentralen Sensorknoten. Wichtige Anforderungen hierfür sind niedriger Energieverbrauch bei gleichzeitig kurzen Schalt- und Reaktionszeiten. Im Geschäftsfeld Center Nanoelectronic Technologies (CNT) des Fraunhofer IPMS werden stromsparende, nichtflüchtige Speicher auf Basis von ferroelektrischem Hafniumoxid erforscht und auf CMOS-taugliche Halbleiterfertigungsprozesse für 200 mm und 300 mm Wafergrößen transferiert. Dadurch lassen sich FeFET- und FRAM-basierte Lösungen für Frontend- bzw. Backendintegration realisieren.

Im Gegensatz zu den bisher verwendeten perovskitbasierten  Materialien sind Hafniumoxid-basierte Speicher CMOS-kompatibel, bleifrei und bis hin zu sehr kleinen Technologieknoten skalierbar. Als einziges nichtflüchtiges Speicherkonzept werden ferroelektrische Speicher rein elektrostatisch betrieben und sind daher besonders stromsparend, da zum Schreiben von Daten nur noch die Umladeströme der Kapazitäten aufgewendet werden müssen. Neben dem Einsatz als reiner Datenspeicher eignen sich die ferroelektrischen Bauelemente auch für den Einsatz in hardwarebasierten neuromorphen Rechenkonzepten, wo es darauf ankommt, möglichst nah oder direkt mit den Speicherzellen Rechenoperationen durchzuführen.

Zur Materialentwicklung und Verbesserung der technologischen Prozesse besteht am CNT eine integrierte FeFET-Testroute, auf der zusammen mit Partnern und Kunden verschiedene Optimierungen und Entwicklungen zur Integration ferroelektrischer Materialien durchgeführt werden können. Dies ermöglicht die Weiterentwicklung neuer Konzepte sowie die fortlaufende Verbesserung der Leistungsparameter, wie beispielweise beim Stromverbrauch.