Snel en zuinig computergeheugen stapje dichterbij /reageer

Snel en zuinig computergeheugen stapje dichterbij

MRAM is vast computergeheugen dat energiezuinig en permanent is, waardoor het geen opstarttijd vergt. MRAM-geheugenelementen (Magnetic Random Access Memory) kunnen nog minstens een factor tien kleiner worden gemaakt. Dat laat ir. Corine Fabrie zien met haar promotieonderzoek aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Hiermee is een snel, betrouwbaar en zuinig computergeheugen weer een stapje dichterbij gekomen.

Enen en nullen

Je schakelt je computer in en kunt meteen aan de slag. Dat belooft Magnetic Random Access Memory (MRAM). In tegenstelling tot gewoon, elektrisch RAM-geheugen is MRAM permanent.
Anders gezegd: haal de stroom eraf en MRAM bewaart de enen en nullen gewoon. Ook is het een stuk zuiniger.
In 2006 kwam het eerste MRAM-geheugen al op de markt, maar dat was nog slechts 4 megabit groot; nog niet erg bruikbaar als RAM-geheugen in computers. Daarvoor moeten de aantallen megabytes omhoog en geheugencellen kleiner. Die waren bij het eerste commerciële MRAM ongeveer 1 bij 1,25 micrometer.

Promovenda Fabrie ontwikkelde in de groep Physics of Nanostructures van de faculteit Technische Natuurkunde speciale technieken waarmee ze op een groot oppervlak en met een hoge dichtheid geheugenelementen van slechts vijftig nanometer doorsnede kan maken; zo’n twintig keer kleiner dan tot nu toe mogelijk was.

Vreemd verschijnsel

Achter deze technologie zit trouwens een fascinerend natuurkundig effect. Wordt een niet-magnetisch materiaal namelijk gesandwicht tussen twee dunne magnetische lagen, dan doet zich een vreemd verschijnsel voor. Afhankelijk van de magnetisatierichtingen in de buitenste lagen is de elektrische weerstand van de tussenlaag hoog of laag. Staan beide magnetisaties gelijk gericht, dan is de weerstand laag en loopt er een grote stroom. Staan ze echter tegen elkaar in gericht, dan is de weerstand hoog en loopt er ineens maar een klein stroompje. In 2007 kregen de ontdekkers van dit effect (magneto-weerstand) de Nobelprijs voor natuurkunde.

Schematische weergave van MRAM“Deze sandwich van materialen - een magnetische tunneljunctie - vormt de basis voor een geheugencel. Daarbij staat een klein stroompje voor een ‘1’, terwijl bij een ‘0’ een grote stroom loopt”, legt Fabrie uit. “MRAM bestaat uit een raster van miljarden van dit soort parallel geschakelde cellen.” Om MRAM-geheugen echter succesvol in computers te kunnen toepassen, moeten magnetische tunneljuncties kleiner dan honderd nanometer vervaardigd kunnen worden.

Twee à drie atoomlagen

Dit deed de promovenda onder andere door gebruik te maken van elektronenbundel-lithografie en speciale etstechnieken voor het structureren van de magnetische tunneljuncties. De niet-magnetische tussenlaag bestond uit aluminiumoxide van minder dan een nanometer dik; slechts twee à drie atoomlagen. Deze maakte ze door een ultradunne laag aluminium bloot te stellen aan een zuurstofplasma. Fabrie: “En precies op tijd te stoppen. Anders krijg je zuurstof in je magnetische lagen, waardoor ze gaan roesten. De werking gaat dan hard achteruit.”

Fabrie deed haar promotieonderzoek aan de TU Eindhoven, maar haar werk werd grotendeels gefinancierd door NanoNed, het onderzoeksprogramma op het gebied van nanotechnologie van het ministerie van Economische Zaken.
Dit stelde haar in staat ook gebruik te maken van cleanrooms van de Universiteit Twente en de TU Delft. Regelmatig reed ze daarom op haar motor van de ene naar de andere universiteit. Soms tussen de files door laverend, maar altijd met doosjes samples achterop.
Fabrie: “Ik had zoveel verschillende apparaten nodig, dat ik dit werk nooit op slechts één technische universiteit had kunnen doen.”

Op dinsdag 26 februari verdedigt Fabrie haar proefschrift ‘Towards Nanoscale Magnetic Memory Elements’.

Reageren via Facebook

Reacties

Over Redactie Cursor

Cursor is het informatie- en opinieblad van de Technische Universiteit Eindhoven.