Tänk dig ett minne som är lika snabbt som ett SRAM, håller informationen som ett EEPROM och kan bli lika billigt som ett DRAM. Sådana är ferrominnena. Och snart är de här.

Äntligen tycks forskarna ha löst de flesta problemen kring materialen i ferrominnena. Redan om ett år utlovas större och tillförlitligare minnen.

Tekniken har utvecklats av den amerikanska minnesspecialisten Ramtron i samarbete med ett antal andra halvledarjättar. Ramtron har redan idag ferrominnen för leverans.

- Vi har 4 kbit och 16 kbit för leverans, i både seriella och parallella versioner, säger Ulf Thomson på Scandcomp, som representerar Ramtron i Sverige.

Nästa år kommer dock större varianter. Hitachi och Ramtron har tillsammans utvecklat ett 256 kbitminne som ska finnas i provexemplar tredje kvartalet 1996.

Ferrominnen, eller FRAM, Ferroelectric RAM, som Ramtron kallar dem, är statiska minnen. De behåller alltså informationen när strömmen slås av. Samtidigt går det att skriva i ferrominnen bit för bit. Man behöver inte radera hela sektorer som i flashminnen.

Polarisering bevaras

Fysikaliskt påminner FRAM mycket om DRAM. Skillnaden är att där DRAM har en transistor plus en kondensator för att lagra informationen har FRAM en transistor plus en ferroelektrisk cell. När ett elektriskt fält läggs på den ferroelektriska cellen så polariseras den. När fältet tas bort behålls polarisationen.

Rent tekniskt sett finns två skäl till att tro att ferrominnen kan bli mycket användbara. För det första så sliter tekniken med polarisering mycket mindre på materialet, jämfört med elektrontunnlingen i EEPROM. Detta gör att ett ferrominne klarar 1010-1013 läs- och skrivcykler, jämfört med maximalt 100 000 för flashminnen och EEPROM.

För det andra klarar sig ferrominnena med endast en matningsspänning. Även om många tillverkare idag skryter med 5-voltsmatade flashminnen så har samtliga dessa en spänningspump på kislet som ger de 12-15 V som behövs för programmeringen.

På kiselnivå resulterar det i en mycket enklare konstruktion, som således går att packa lika tätt som dagens DRAM.

Förmågan att behålla informationen och den låga drivspänningen resulterar också i en låg strömförbrukning - idealiskt för bärbara applikationer.

Det kommande 256 kbitminnet är organiserat i 32 kbit ¥ 8 och drivs med 3 V. Omprogrammerings-tiden är på de varianter som testats i laboratorium 150-200 ns vilket kan jämföras med flashminnenas 10-1 000 μs. Enligt Hitachi klarar minnet 1012 läsningar och skrivningar.

Efter 256 kbitminnet ska andra versioner följa på upp till 1 Mbit.

Mikael ZAckrisson

Etta eller nolla hänger på en enda atom

Den ferroelektriska effekten är namnet på ett materials förmåga att behålla en elektrisk polarisation när ett applicerat elektriskt fält tas bort. Namnet "ferroelektrisk" härrör sig från likheten med hur ferromagnetiskla material kan behålla sin magnetiska polarisation när ett applicerat magnetiskt fält tagits bort.

Ferroelektriska material är okänsliga för magnetfält. Så som ferrominnena är konstruerade så är de också okänsliga för externa elektriska fält.

Bilden visar en ferroelektrisk kristall av typen PZT, bly-zirkonium-titan. Titan- eller zirkoniumatomen placerar sig i ena läget när ett tillräckligt stort elektriskt fält appliceras, och atomen ligger kvar där när fältet tas bort.

I ferrominnen ersätts kondensatorn från ett dynamiskt minne med en ferroelektrisk kondensator. Denna består av en ferroelektrisk tunnfilm omgiven av två metallelektroder och byggs direkt ovanpå transistorn i en CMOS-process.

För att läsa från kondensatorn applicerar man ett elektriskt fält på den. Om fältet är den riktningen att det vill ändra polarisationen så kommer en större laddning att flyttas än om fältet inte vill ändra polarisationen.

En operationsförstärkare på utgången jämför den förflyttade laddningen med ett referensvärde och ger en etta eller nolla på utgången.

Således påverkar en läsning av en minnescell innehållet i cellen. Men precis som för DRAM återställs innehållet i cellen under förladdningsdelen av klockcykeln.

PZT är ett ferroelektriskt material som använts i flera år. Andra material som kommer att användas i ferrominnen är Y-1, strontium-vismut-tantal, och BST, barium-strontium-titan. Bakom dessa material ligger Symetrix, Matsushita och Motorola.

Mikael Zackrisson