1000 Speicherchips auf einer Haarspitze

Von Pia Grund-Ludwig

Die Dichte eines neuen Speichers , den HP vorgestellt hat, übersteigt nach Angaben des Unternehmens die gängiger PC-Arbeitsspeicher um das zehnfache. Bei dem neuen Chip packen die Forscher 64 Bit auf einen Millionstel Quadratmeter. 1000 solcher Chips passen auf eine Haarspitze. Der jetzt gezeigte Prototyp des Speicherelements besteht aus einem Gitter mit acht mal acht Platindrähten, die 40 Nanometer dünn sind. Zwischen diese Drähte sind Rotaxan-Moleküle gepresst, die als Schalter dienen. Stanley Williams, Chef der Quantenforschung bei Hewlett-Packard, erklärt die Funktionsweise des Speichers:

Wir arbeiten mit Molekülen, die zwischen Elektroden eingeklemmt sind. Legen wir eine Spannung an, so verändert das Molekül seine Form, und diese Veränderung der Form verändert den Widerstand. Diese Veränderung des Widerstands kann bis zum 10000-fachen betragen. Das macht es sehr leicht zu lesen und zu unterscheiden, wo eine Eins und wo eine Null steht.

Wichtig sei, so der Forscher weiter, nicht nur die Miniaturisierung, sondern auch die Tatsache, dass der Speicher seine Informationen auch dann behält, wenn er nicht mehr mit Strom versorgt wird. Das eröffnet viele Einsatzfelder. Ein Beispiel: PCs der heutigen Generation, die mit dynamischen Arbeitsspeichern, so genannten DRAMs versehen sind, müssen bei jedem Start gebootet werden und sich ihre Basisinformationen neu beschaffen. Der Grund: Die Information wird als elektrische Ladung in winzigen Kondensatoren gespeichert. Diese Ladung muss immer wieder erneuert werden. Speicher wie der von HP entwickelte könnten Rechnern zu einem dauerhaften Gedächtnis verhelfen. Vorteile bieten solche Technologien auch bei Flash-Speicher, etwa in Digitalkameras oder Audiogeräten. Als nächste Speichergeneration, die Informationen dauerhaft sichert, gelten derzeit so genannte MRAMs, an denen zahlreiche Hersteller arbeiten. Ähnlich wie heutige Festplatten benutzen MRAMs magnetische Verfahren, aber mit schnelleren Zugriffen als bisherige Hard Disks. Motorola hat im Juni einen 1-Megabit-MRAM-Chip vorgestellt, der 2004 in die Massenproduktion gehen soll. Auch HP, Infineon und IBM arbeiten an solchen Technologien und haben einen ähnlichen Zeitplan vorgelegt. Für Williams ist sein Nanospeicher eine Technologie, die solche MRAMS einmal ablösen wird.

MRAM so wie wir sie derzeit kennen sind Vorgänger molekularer Elektronik, sie werden schon länger entwickelt und bei vielen Leuten als möglicher Ersatz für Flash-Speicher gesehen. Wir sehen Molekularelektronik als Ersatz für MRAM. So schauen wir in gewisser Weise eineinhalb technologische Generationen in die Zukunft.

Bei einem optimistischen Zeitplan könnten die ersten Produkte in fünf Jahren marktreif sein, es könne aber auch zehn Jahre dauern, so Williams. Ein solcher weiter Blick in die Zukunft ist nicht einfach, da er die Festlegung auf eine Technologie bedeutet, die sich erst noch durchsetzen muss. Williams führt deshalb ein weiteres Argument an: Er könne den Preis für Speicher deutlich reduzieren, da er auch bei den Herstellungsverfahren Neuland betrete. Er verwendet keine Photolithographie, sondern erstellt ein Muster, das sich per Druck vervielfältigen lässt. Das soll teure photolithographische Verfahren ersetzen:

Photolithographie ist ein sehr teures Verfahren wegen der außerordentlichen Präzision der fotolithografischen Maschinen und der extremen Genauigkeit, die notwendig ist, um die verschiedenen Schichten übereinander zu platzieren. Fabriken, in denen heute solche elektronischen Geräte hergestellt werden kosten mehrere Milliarden Dollar, vor allem wegen der Anforderungen der Produktionsprozesse. Dagegen können unsere Speicher mit Druckverfahren hergestellt werden.

Chips in Nanogröße, bei denen die Vorlagen in Druckverfahren entstehen, sollen aber nicht nur als Speicher dienen. Solche Technologien könnten auch bei Prozessoren eine Rolle spielen, so Williams:

Diese Technologien der Molekularelektronik können auch für Prozessoren unterschiedlichen Typs verwendet werden. Wir haben zunächst Speicher hergestellt, weil dies bei einer neuen Technologie einfach ist. Aber gleichzeitig arbeiten wir daran, unterschiedliche Logikelemente und Prozessoren zu bauen.