Besser als NAND: schneller, sparsamer Speicher entwickelt

Es sind die ferroelektrischen Eigenschaften von Hafnium in Kombination mit weiteren Elementen, die es zu einem vielversprechenden Material für Speicherkarten und SSDs machen.

Statt wie etwa bei NAND-Flash mit abgezählten elektrischen Pulsen einzelne Segmente anzusprechen, kann der vorgestellte Halbleiter seine Polarisation ändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. Mit diesem Prinzip gelingt ein wesentlich schnellerer und damit deutlich effizienterer Zugriff auf die unterschiedlichen Bereiche des Festspeichers.

Lediglich die Bandbreite der anliegende Spannung war bisher zu niedrig. Durch die Hinzunahme von Aluminium zum verwendeten Hafniumoxid konnte dieses Fenster für mögliche Spannungen von 2 auf 10 Volt ausgeweitet werden.

So soll es möglich sein, Quad-Level-Cells (QLC) zu konstruieren, die 4 bits in jedem Transistor speichern. Das heißt, dass insgesamt 16 verschiedene Zustände in einer einzelnen Einheit hinterlegt sein können. Mit dieser Architektur können auf kleinsten Chips mehrere Terabyte Daten abgespeichert werden. Auf einer geeigneten SSDs wären es schlussendlich noch deutlich mehr.

Neben dem viel schnelleren Zugriff auf diese Informationen ist auch die nötige Spannung niedriger als bei NAND-Flash. Statt bisher geforderter 18 Volt arbeitet das System mit den bereits erwähnten 10 Volt. Damit sinkt gleichzeitig der Strombedarf bei Schreiben und Lesen noch einmal.

Wie weit die praktische Entwicklung schon ist, zeigen erste Dauertests. Laut der Studie konnten mit den einzelnen Zellen bereits eine Millionen Zugriffe absolviert werden. Und nicht ganz zufällig wird die Forschung von Samsung kofinanziert.

Bleibt nur ein Problem, und das liegt im verwendeten Hafnium. So vielversprechend wie die elektrischen Eigenschaften des Elements sind, das hier als Hafnium-Aluminium-Oxid genutzt wird, so selten ist das Element. Es kommt zwar häufiger vor als Gold, aber im Grunde nicht als reines Mineral.

Stattdessen findet es sich in winzigen Spuren in anderen Mineralen, ist also extrem schwer abzubauen. Immerhin wird pro Zelle nur eine knapp 25 Nanometer dicke Schicht benötigt. Der extrem schnelle, große und super effiziente Speicher könnte als auch ziemlich teuer werden, wenn bis dahin kein Ersatzstoff gefunden wurde.