Neuartiger Speicher aus OLED und Isolator

An der TU Dresden haben Wissenschaftler des Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) sowie des Center for Advancing Electronics Dresden (CFAED) eine neuartige Speicher­technologie entwickelt, die aus der Kombination einer organischen Leucht­diode und eines Isolators entstand. Mit diesem Bauelement ist es möglich, die gespei­cherten Informationen sowohl optisch als auch elektrisch auszulesen. Zudem lassen sich die Informationen schrittweise hinzufügen – somit lassen sich mehrere Speicher­zustände in einem Bauelement abbilden. Eine Neuerung kam auch bei sämtlichen Messungen in den Versuchs­reihen zum Tragen: Diese wurden ausschließlich mit der innovativen Messsoftware „SweepMe!“ durchgeführt, die das gleich­namige Start-Up des IAPP sowie des CFAED entwickelt hatte.

Bereits 2015 hatten Stefan Mannsfeld, Professor für organische Bauelemente am CFAED / IAPP), und Axel Fischer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für organische Halbleiter des IAPP, überlegt, die Kombination herkömmlicher organischer Leucht­dioden (OLEDs) mit einer Isolatoren­schicht müsse aufgrund der spezifischen physika­lischen Effekte der verwendeten Materi­alien eine Speicher­einheit ergeben, die sich sowohl mit Licht als auch mit elektrischen Signalen beschreiben und auslesen lassen sollte. Man könnte also von einer zweck­entfremdeten Nutzung der OLED-Technik sprechen.

Die Wissenschaftler publizierten jetzt die Ergebnisse und beschreiben in der Fachveröffent­lichung ihre neue Art von programmierbarem organischem kapazitivem Speicher, der eine Kombination aus einer OLED und einem MOS-Kondensator ist. Die „pinMOS“ genannte Speicher­einheit ist ein nicht­flüchtiger Memcapacitor mit hoher Wiederhol­genauigkeit und Reproduzier­barkeit. Das Besondere ist, dass der pinMOS in der Lage ist, mehrere Zustände zu speichern, da Ladungen schrittweise hinzugefügt oder entfernt werden können. Eine weitere attraktive Eigenschaft ist, dass dieser einfache dioden­basierte Speicher elektrisch und optisch sowohl beschrieben als auch ausgelesen werden kann. Aktuell wird eine Lebens­dauer von mehr als zehntausend Schreib-Lese-Lösch-Zyklen erreicht, und die Speicherzustände können über 24 Stunden erhalten und unter­schieden werden. Den Ergebnissen zufolge ist das pinMOS-Speicher­prinzip vielver­sprechend als zuverlässiges kapazitives Speicher­medium für zukünftige Anwendungen in elektro­nischen und photo­nischen Schaltungen wie in neuromorphen Computern oder visuellen Speicher­systemen. Die Koautoren vom Weierstraß-Institut Berlin konnten durch Drift-Diffusions­simulationen zur genauen Inter­pretation des Funktions­mechanismus beitragen.

Ein Dioden-Kondensator-Speicher wurde bereits 1952 erstmals von Arthur Holt auf einer Konferenz in Kanada vorgestellt, doch erst jetzt erfährt dieses Konzept durch die Verwendung organischer Halbleiter ein Revival, da alle Funktionen einer diskreten Verbindung von Dioden und Kondensator in eine einzige Speicherzelle integriert werden können.

Messen mit SweepMe! – innovativer Ansatz fürs Labor

Alle Messungen innerhalb dieser Studie wurden mit der neuartigen Labor-Messsoftware „SweepMe!“ durchgeführt, entwickelt von den Physikern Axel Fischer und Felix Kaschura als Spin-off des IAPP.

Die präsentierte Studie zeigt die vielfältigen Einsatz­möglich­keiten von SweepMe!: Ob die Messung von spannungs­abhängigen und zeitab­hängigen Kapazitäten, die Erstellung von Strom-Spannungs­kennlinien, die Kombination von Signal­generator und Oszil­loskop oder die Verarbeitung von Bildern einer Industrie­kamera – alles ließ sich mit ein und derselben Software umsetzen, ebenso wie  ausgefeilte Parameter­variationen, die normaler­weise erheblichen Programmier-Aufwand erfordern.

TUD / OD

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  Y. Zheng et al.: Introducing pinMOS Memory: A Novel, Nonvolatile Organic Memory Device, Adv. Funct. Mater., online 7. November 2019; DOI: 10.1002/adfm.201907119
• Chair for Organic Devices (S. Mannsfeld), cfaed – Center for Advancing Electronics Dresden / Electrical and Computer Engineering Dept., Technische Universität Dresden
• SweepMe! multi-tool measurement software, Axel Fischer und Felix Kaschura GbR, Dresden