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TU Berlin

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Nanospeicher

Quantenpunktspeicher

Abb. 8: (a) Schnittzeichnung einer Speicher-Struktur mit selbstorganisierten Quantenpunkten als Speicherelemente.
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Abb. 8: (b) Schematisches 3D-Bild eines Quantenpunkt-basierten Speicher¬elements mit den Kontakten zur Steuerung des Beladungszustandes und zur Kontaktierung des 2DEG.
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Die beiden wichtigsten kommerziell erhältlichen Halbleiterspeicher sind der Dynamic Random Access Memory (DRAM) und der Flash. Während der  DRAM vor allem als Hauptspeicher in Computern Verwendung findet, ist der Flash heutzutage in portablen System wie mp3-playern, memory sticks, Digitalkameras, etc. nicht mehr wegzudenken. Der DRAM erlaubt bei guter Haltbarkeit einen schnellen Datenzugriff, ist aber flüchtig, d.h. die Information muss alle zehn Millisekunden wieder aufgeladen werden. Dagegen ist der Flash nicht-flüchtig, d.h. er kann die Information bis zu 10 Jahre speichern, aber besitzt eine langsamerer Zugriffszeit auf die gespeicherten Daten.

Ziel der Forschungstätigkeiten im Bereich eines quantenpunktbasierten Speichers ist die Realisierung eines Nano-Flashs, der bei langer Speicherzeit von mehr als zehn Jahren auch einen schnelle Lese-/Lösch- und Schreibzeit besitzt und zusätzlich auch eine sehr gute Haltbarkeit zeigt. Ein solcher Speicher sollte den heute gängigen Speichern entscheidend überlegen sein.

Die Grundidee eines Quantenpunk-Speichers besteht zum einen in der Verwendung von Quantenpunkten als Speicherelementen und zum anderen in der Einbettung dieser Quantenpunkte in eine p-n Diodenstruktur. Quantenpunkte sind ideale Speicherelemente, da sie ein Ladungsträger-Confinement zur Verfügung stellen,  so dass die Ladungsträger  (Elektronen oder Löcher) in Quantenpunkten gebunden werden. Eine p-n Diodenstruktur bildet eine Raumladungszone aus, welche durch Anlegen einer externen Spannung in ihrer Länge entweder soweit verkürzt werden kann, dass die Quantenpunkte außerhalb der Raumladungszone liegen, oder soweit ausgedehnt werden kann, dass die Quantenpunkte innerhalb der Raumladungszone liegen. Diese Eigenschaft einer p-n Diodenstruktur wird aus­ge­nutzt, um die Prozesse Schreiben, Löschen und Speichern zu realisieren. Das Auslesen der Information, d.h. die Bestimmung des Beladungszustandes der Quantenpunkte, findet ohne dessen Änderung statt. Zur Detektion soll ein zwei­dimensionales Elektronengas (2DEG) unterhalb der Quantenpunktschicht implemen­tiert werden. Mittels Strommessung im 2DEG wird dann der Beladungs­zustand bestimmt. Abbildung 8 zeigt schematisch die Struktur eines solchen Quantenpunktspeichers in Querschnitt (a) und als 3D-Bild (b).

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