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Zukünftige Speichertechnologien

Zukünftige Speichertechnologien (Emerging Memory Technologies) ist die Vorlesung des Instituts zu neuartigen Speicherbauelementen. Studierende lernen die führenden Kandidaten für eingebettete und Standalone-Speicher kennen und bewerten, wo diese Technologien Flash, DRAM und SRAM ergänzen oder ablösen können.

In jahrzehntelanger Forschung wurden mehrere effiziente Arbeitsprinzipien für Speicher entwickelt, darunter strukturelle Phasenänderungen (PCM), Ionendiffusion (CBRAM, OxRAM), magnetische Eigenschaften (STT-MRAM, SOT-MRAM) und Ferroelektrizität (FRAM, FeFET). Diese Technologien befinden sich auf dem Weg von der Forschung in die Industrie, einige könnten den siliziumbasierten Flash-Speicher in Leistung und Funktionalität übertreffen.

Querschnitt eines ferroelektrischen Feldeffekttransistors mit Polarisationspfeilen

Auf einen Blick

  • Art: Vorlesung (2420000002) mit Übung (2420000003)
  • Turnus: jährlich im Wintersemester
  • Umfang: 2 SWS Vorlesung und 1 SWS Übung
  • Sprache: Englisch
  • Studiengänge: Master Elektrotechnik, Master Microelectronics Engineering (Wahlbereich), weitere nach Rücksprache
  • Lehrende: Prof. Dr. Thomas Kämpfe
  • Anmeldung und Unterlagen: Stud.IP

Inhalte

  • Einführung: Speicherhierarchie, Anforderungen an eingebettete und Standalone-Speicher, Vergleichsgrößen
  • Etablierte Technologien als Referenz: SRAM, DRAM und Flash (SSD)
  • Phasenwechselspeicher (PCM): Materialien, Schaltmechanismus, Zellkonzepte
  • Resistive Speicher: Conductive-Bridging RAM (CBRAM) und Oxid-RRAM (OxRAM)
  • Magnetische Speicher: Spin-Transfer-Torque- und Spin-Orbit-Torque-MRAM
  • Ferroelektrische Speicher: FRAM und ferroelektrische Feldeffekttransistoren (FeFET)
  • Bewertung von Potenzial, Stärken und Grenzen der Technologien, Anwendungen in Speicher- und Rechenarchitekturen

Qualifikationsziele

Nach Abschluss des Moduls besitzen die Studierenden Kompetenzen, die Konzepte zu optimieren und weiterzuentwickeln sowie, basierend auf physikalischen Effekten, neue Speicherkonzepte zu entwickeln. Darüber hinaus können sie die Anwendungsbereiche und Grenzen der behandelten Speicherkonzepte einschätzen. Die Studierenden können in der Fachsprache Englisch kommunizieren. Durch Diskussionen und kritisches Denken erwerben sie die Fähigkeit, Stärken und Grenzen neuer Technologien zu beurteilen.

Literatur

  • T. Schenk et al., Memory technology, a primer for material scientists. Reports on Progress in Physics 83, 086501 (2020)
  • W. Zhang et al., Designing crystallization in phase-change materials for universal memory and neuro-inspired computing. Nature Reviews Materials 4, 150 (2019)
  • D. Lencer et al., Design Rules for Phase-Change Materials in Data Storage Applications. Advanced Materials 23, 2030 (2011)
  • S. W. Fong et al., Phase-Change Memory, Towards a Storage-Class Memory. IEEE Transactions on Electron Devices 64, 4374 (2017)
  • S. Yuasa et al., Materials for spin-transfer-torque magnetoresistive random-access memory. MRS Bulletin 43, 352 (2018)
  • S. Ikegawa et al., Magnetoresistive Random Access Memory: Present and Future. IEEE Transactions on Electron Devices 67, 1407 (2020)
  • H.-S. P. Wong et al., Metal-Oxide RRAM. Proceedings of the IEEE 100, 1951 (2012)
  • M. N. Kozicki et al., Conductive bridging random access memory, materials, devices and applications. Semiconductor Science and Technology 31, 113001 (2016)

Termine und Anmeldung

Wintersemester 2026/27: Vorlesung freitags 15:00 bis 16:30 Uhr und Übung freitags 16:30 bis 17:15 Uhr, Hörsaal HS 66.1 (Hans-Sommer-Straße 66). Die Anmeldung erfolgt über Stud.IP, dort finden Sie auch Folien, Übungsblätter und aktuelle Hinweise.

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