Kristallspeicher

(Forschungsprojekt wegen begrenzter Mittel eingestellt)

Prinzip :
Dies ist ein Speicher der nichts mit Transistoren oder MOSFET gemeinsam hat; in Art der Fertigung jedoch vieles.
Eine Speicherzelle ist ein Würfel (in der Größe = kleinstes äzbares quadrat), geäzt aus einer Fläche mit speziellem Kistallaufbau. Dieser Kristallaufbau hat prinzipiell die Eigenschaften eines PIEZO genauer eines Quarzkristalls bzw. Wasser.
Wie Sie jetzt schon ahnen handelt es sich um Kristalle die einen dipolaren Aufbau haben. Die dipolare Ausrichtung im Monokristall nenne ich einfach mal "Kristallrichtung".
Von Quarzkristallen (SiO₂) weis man, daß bei starken Anliegenden Feldern (Blitzschlag) ihre Kristallrichtung sich ändert. Bei Wasser hingegen langt schon eine sehr geringe Spannung.
Als Information dient der physikalische Zustand des Kristalls. Beim Schreiben wird der physikalische Zustand verändert. In Kristallrichtung ist die Kapazität höher als quer zu ihr. Damit haben wir eine messbare Größe die direkt ausgelesen werden kann.

Technik :

Litiumoxid (Li₂O)sollte bevorzugt getestet werden.
Das Molekül ist sehr stark polar.
Wie beweglich die Moleküle im Kristallbund sind ist in Versuchsreihen der µ-Architektur herauszufinden. Auch wie Litiumoxid sich in anderen Materialien verhällt, in Kunststoffen oder als Sintermaterialien.
Zum Auslesen der Information einer Zelle dient der Toggel (Low/High Übergang) eines Eingangs-Adress-Decoders. Die Qualität der Leseoperation hängt extrem von der Kontinuität und der Steilheit des Signals (z.B. 8 * 10⁹ Volt/sec) ab.
Der Eingang (Gate) des Messtransistors (MOSFET) hat auch eine Kapazität. Dadurch bekommt der Transistor nur eine Teilspannung entsprechend der Kapazitäten von Speicherzelle und Transistor. Der Messtransistor sollte deshalb eine Eingangskapazität zwischen den beiden Kapazitäten des Kristalls besitzen; so kann eine sehr gute Trennung realisiert werden.
Ist die Kristallrichtung quer zur Leserichtung ist die Kapazität klein; das Signal kann den Messtransistor nicht durchschalten.
Ist die Kristallrichtung gleich der Leserichtung ist die Kapazität hoch und der Messtransistor bekommt die nötige Spannung um durchzuschalten.
Oder anders herum: Kommt der Toggel an der Speicherzelle an, langt bei Querrichtung die Impulsbreite durch die Speicherzelle nicht aus um den Messtransistor zu schalten, da der Impuls von der Transistorkapazität verschluckt wird.
Der Messtransistor kann auch als Speicherzelle realisiert werden, der das Datum am IC-Ausgang speichert, um mit dem High/Low-Toggel ausgelesen zu werden.

Das Schreiben gestaltet sich um einiges schwieriger, vorallem hinsichtlich der rationellen Fertigung.
Zum Schreiben wird eine Spalte z.B. auf -3 Volt und die zu Beschreibenden Zeilen(1) und Zeilen(0) z.B auf +3 Volt gelegt. Die Richtung der gewälten Flächenkontakte am Würfel sind nach dem Sreiben gleich der Kristallrichtung. Dadurch ergeben sich eigentlich drei Speichermöglichkeiten, wovon jedoch momentan nur zwei relevant sind.
Weiterhin müssen Oxidschichten beim Aufbau, wegen ihrer Kapazität, vermieden oder gezielt eingesetzt werden.