SFB 917:  Resistiv schaltende Chalkogenide für zukünftige Elektronikanwendungen: Struktur, Kinetik und Bauelementskalierung "Nanoswitches"

Fachliche Zuordnung Informatik, System- und Elektrotechnik
Chemie
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Physik
Förderung Förderung von 2011 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 167917811
 

Projektbeschreibung

Der Bedarf Daten zu speichern und zu verarbeiten nimmt weiterhin exponentiell zu. Da diese zunehmende Belastung nicht mehr durch weitere Bauelementminiaturisierung aufgefangen werden kann, sind Veränderungen in der Computerarchitektur und -hardware dringend erforderlich. Ziel des SFB 917 ist es, mit Hilfe von Nanoschaltern neuartige Datenspeicher und neue Rechenparadigmen zu realisieren. In der zweiten Berichtsperiode des SFB 917 wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Insbesondere haben wir ein tiefes Verständnis für die nanoskaligen Redox-Prozesse von VCM-Bauelementen gewonnen und konnten die Schaltkinetik über 14 Größenordnungen beschreiben. Diese Erkenntnisse haben uns geholfen, VCM-Materialien in weniger als 350 ps zu schalten, während ein herausragendes PC-Material durch DFT-Berechnungen identifiziert werden konnte, das mit reduzierter Leistung in weniger als 1 ns schaltet. Schließlich haben wir einen neuartigen Bindungsmechanismus in kristallinen Phasenwechselmaterialien identifiziert, der sich deutlich von den drei in Lehrbüchern diskutierten Bindungsmechanismen (ionisch, metallisch und kovalent) unterscheidet. Diese Erkenntnisse haben zu einer neuartigen Karte geführt, die alle vier wichtigen Bindungsmechanismen enthält. Dies bedeutet, dass resistive Schalter mit gewünsch-ten Eigenschaften mit dieser Karte maßgeschneidert werden können. In der dritten Förderperiode können wir daher rationelles Materialdesign einsetzen, um das mikroskopische Verständnis von resistiven Schaltphänomenen zu verbessern. Wir beabsichtigen, solche Schatzkarten einzusetzen, um die Grenzen des Anwendungspotenzials von VCMs und PCMs zu erkunden. Von besonderer Bedeutung sind die Grenzen in Bezug auf Schaltgeschwindigkeit, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit, da diese das Anwendungsspektrum definieren, das für diese Materialklasse realisierbar ist. Daher planen wir, verschiedene Konzepte zur Herstellung von nanometergroßen Schaltern einzusetzen und deren Schaltgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit mit der Plattform von Analyse- und Charakterisierungsmethoden zu untersuchen, die wir in den ersten beiden Förderperioden entwickelt haben. Wir wer-den die Physik neuer, vielversprechender VCM-Varianten untersuchen und die mikroskopischen Mechanismen untersuchen, die die Zuverlässigkeit entsprechender Zellen einschränken. Sowohl für VCM als auch für PCM planen wir, die Skalierbarkeitsgrenzen auf der Grundlage der ausgearbeiteten Schatzkarten zu untersuchen.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Beteiligte Institution Forschungszentrum Jülich
Sprecher Professor Dr. Matthias Wuttig