Herkömmliche Datenspeicher arbeiten auf der Basis von Elektronen, die verschoben und gespeichert werden. Doch Elektronen sind extrem klein. Sie lassen sich nur mit großem Aufwand, mit relativ dicken Isolationsschichten bändigen, sodass die Informationen nicht verloren gehen. Dies beschränkt nicht nur Speicherdichte und Geschwindigkeit, sondern kostet auch viel Energie. Aus diesem Grund wird weltweit fieberhaft an nanoelektronischen Bauelementen geforscht, die Ionen zur Datenspeicherung nutzen.

 

In resistiven Speicherzellen verhalten sich die Ionen auf Nanometerskala ähnlich wie in einer Batterie. Die Zellen enthalten zwei Elektroden, z. B. aus Silber und Platin, an denen sich die Ionen lösen und wieder niederschlagen. Dadurch verändert sich der elektrische Widerstand, was sich für die Speicherung von Daten ausnutzen lässt. Die Reduktions- und Oxidationsprozesse zeigen darüber hinaus aber noch eine andere Wirkung: Sie erzeugen eine elektrische Spannung. ReRAM–Zellen sind demnach keine rein passiven Systeme, sondern aktive elektrochemische Bauelemente. Sie müssen folglich als winzig kleine Batterien betrachtet werden, deren Eigenschaften entscheidend sind für die korrekte Modellierung und Entwicklung zukünftiger Datenspeicher.


 

Die Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen haben in aufwendigen Versuchen die Batteriespannung von typischen ReRAM-Zellen bestimmt und mit theoretisch zu erwartenden Werten verglichen. So konnten weitere Eigenschaften (z. B. der ionische Widerstand) bestimmt werden, die vorher weder bekannt noch zugänglich waren. Die neue Erkenntnis ist insbesondere auch für die theoretische Beschreibung der Speicherbauelemente von zentraler Bedeutung. Das Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik II an der RWTH Aachen sowie des Peter Grünberg Instituts am Forschungszentrums Jülich arbeitet mit Firmen wie Intel und Samsung auf dem Gebiet der ReRAMs zusammen. Die Forschung führte bereits zu einer ersten Patentanmeldung.