Nichtflüchtiger elektronischer Speicher Was ist Ferroelektrischer RAM (FRAM, FeRAM)?

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Ferroelektrischer RAM ist ein nichtflüchtiger elektronischer Speichertyp. Das Speicherprinzip basiert auf den ferroelektrischen Eigenschaften eines Dielektrikums. Die Speicherinformation eines Bits und der logischen Zustände 0 und 1 wird durch eine durch ein elektrisches Feld umschaltbare elektrische Polarisation des Dielektrikums repräsentiert. Ferroelektrischer RAM bietet eine hohe Zugriffsgeschwindigkeit, benötigt wenig Energie und hat im Schreibmodus eine lange Lebensdauer.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Ferroelektrischer RAM (Ferroelectric Random Access Memory), abgekürzt FRAM oder FeRAM, ist ein nichtflüchtiger elektronischer Speicher. Im Gegensatz zu MRAM arbeitet FRAM nicht mit ferromagnetischen, sondern mit ferroelektrischen Materialien.

Ferroelektrischer RAM speichert Informationen auf Basis der ferroelektrischen Eigenschaften eines Dielektrikums. Beschrieben oder gelöscht wird der Speicher, indem die Polarisation der ferroelektrischen Schicht durch ein elektrisches Feld verändert wird. Die elektrische Polarisation ist permanent und bleibt auch ohne externes elektrisches Feld erhalten.

FRAM vereint Eigenschaften von RAM- und ROM-Elementen. Der Speichertyp zeichnet sich durch hohe Zugriffsgeschwindigkeit, geringen Energiebedarf und eine lange Lebensdauer im Schreibmodus aus. Er ersetzt langsamere EEPROMs und wird beispielsweise als Speicher für Smartcards, in mobilen Geräten, in der Automobilelektronik, in RFID-Etiketten, in Mikrocontrollern und in anderen Bereichen eingesetzt. Aufgrund der relativ geringen realisierbaren Speicherdichte scheidet er als Ersatz für Flash-Speicher oder SDRAM aus.

Prinzipielle Funktionsweise und Aufbau von Ferroelektrischem RAM

Eine FRAM-Speicherzelle ist ähnlich wie eine DRAM-Speicherzelle aufgebaut. Sie besteht aus einem Feldeffekttransistor und einem Kondensator. Der Kondensator ist mit einem ferroelektrischem Dielektrikum ausgestattet. Typische ferroelektrische Materialien sind Blei-Zirkonium-Titanat, Strontium-Wismut-Tantalat oder Bariumtitanat. Durch das Anlegen eines externen elektrischen Feldes lässt sich die elektrische Polarisationsrichtung des Dielektrikums verändern. Ist kein elektrisches Feld mehr angelegt, bleibt diese Polarisationsrichtung erhalten.

Beim Lesevorgang wird die Speicherzelle durch Spannungspulse in einem definierten Zustand beschrieben. Die vorhandene Polarisationsrichtung wird umgekehrt oder bleibt erhalten. Da das Lesen zerstörend wirkt, muss die Zelle nach jedem Lesevorgang mit der ursprünglichen Information neu beschrieben werden.

Merkmale von Ferroelektrischem RAM

Die Merkmale von Ferroelektrischem RAM sind:

  • nichtflüchtiger elektronischer Speicher,
  • vereint Eigenschaften von ROM- und RAM-Elementen,
  • geringe Leistungsaufnahme,
  • sehr zuverlässig – Daten bleiben mehr als zehn Jahre erhalten,
  • schnell beschreibbar (bedeutend schneller als EEPROMs),
  • lange Lebensdauer – mehr garantierte Schreib- und Lesezyklen als EEPROMs,
  • mit den gängigen EEPROMs kompatibel,
  • hohe Manipulationssicherheit,
  • geringere Speicherdichte im Vergleich zu SDRAM,
  • nicht als Alternative für SDRAM- oder Flash-Speicher geeignet.

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