Informationen auf dem neuartigen Speicher lassen sich sowohl optisch als auch elektrisch auslesen.

Bild: Pixabay, charlotte_202003

Neuer Speicher aus OLED und Isolator Schreiben und Lesen mit Licht und Strom

28.11.2019

An der TU Dresden ist eine Speichertechnologie entwickelt worden, die eine organische Leuchtdiode mit einem Isolator kombiniert. Auf dem Bauelement gespeicherte Informationen lassen sich damit sowohl optisch als auch elektrisch auslesen. Außerdem ist es möglich, mehrere Speicherzustände auf einem in einem Bauteil abzubilden.

Der Beginn dieser Geschichte liegt einige Jahre zurück, genauer gesagt im Jahr 2015. Zwei CFAED-Wissenschaftler, beide Fachleute auf dem Gebiet der organischen Elektronik, befinden sich auf der Fahrt zu einer Konferenz in Brasilien. Eine lange Busfahrt trennt sie noch vom Veranstaltungsort Porto de Galinhas – viel Zeit zum Reden. Und so kommt es, dass der eine – Prof. Stefan Mannsfeld (Professur für Organische Bauelemente, CFAED / IAPP) – dem anderen – Dr. Axel Fischer (Professur für Organische Halbleiter, IAPP) – von einer Idee erzählt, die er schon eine Weile im Kopf mit sich herumträgt.

Die Idee lautet: Die Kombination herkömmlicher OLEDs mit einer Isolatorenschicht müsste aufgrund der spezifischen physikalischen Effekte der verwendeten Materialien eine Speichereinheit ergeben, die sowohl mit Licht als auch mit elektrischen Signalen beschrieben und ausgelesen werden kann. Man könnte also von einer zweckentfremdeten Nutzung der OLED-Technik sprechen.

Und wie sich herausstellte, hatten sich hier genau die Richtigen getroffen. Denn Fischer konnte berichten, dass die notwendigen Technologien und Erfahrungen am IAPP bereits vorhanden sind. Eine wissenschaftliche Erforschung dieser Idee war dann quasi beschlossene Sache. Einige Zeit später war mit Yichu Zheng am Lehrstuhl von Mannsfeld auch die passende Doktorandin gefunden, die sich diesem Thema widmen würde.

Eigenschaften der neuen Technologie

Nun liegt das Ergebnis vor und wurde in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht. Die Wissenschaftler beschreiben darin eine neue Art von programmierbarem organischem kapazitivem Speicher, der eine Kombination aus einer OLED und einem MOS-Kondensator (Metalloxid-Halbleiter) ist.

Die pinMOS genannte Speichereinheit ist ein nichtflüchtiger Memcapacitor mit hoher Wiederholgenauigkeit und Reproduzierbarkeit. Das Besondere ist, dass der pinMOS mehrere Zustände speichern kann, da sich Ladungen schrittweise hinzufügen oder entfernen lassen. 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 104 Schreib-Lese-Lösch-Zyklen erreicht, und die Speicherzustände können über 24 Stunden erhalten und unterschieden werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass das pinMOS-Speicherprinzip als zuverlässiges kapazitives Speichermedium für zukünftige Anwendungen in elektronischen und photonischen Schaltungen wie in neuromorphen Computern oder visuellen Speichersystemen vielversprechend ist. Die Koautoren vom Weierstraß-Institut Berlin (WIAS) konnten durch Drift-Diffusions-Simulationen zur genauen Interpretation des Funktionsmechanismus beitragen.

Ein Dioden-Kondensator-Speicher wurde bereits 1952 erstmals von Arthur W. Holt auf einer ACM-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.

Eine Software für alle Messaufgaben

Alle Messungen innerhalb der Studie wurden mit der neuartigen Labor-Messsoftware SweepMe! durchgeführt. Diese wurde von einem Start-up entwickelt, das die an der Universität promovierten Physiker Axel Fischer und Felix Kaschura 2018 als Spin-off des Dresdner IAPP ausgegründet hatten.

In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, wie vielfältig einsetzbar SweepMe! ist. 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 wurde mit ein und derselben Software umgesetzt. Auch ausgefeilte Parametervariationen, die normalerweise erheblichen Programmier-Aufwand erfordern würden, konnten so in kürzester Zeit realisiert werden.

Seit Oktober 2019 ist SweepMe! weltweit kostenlos verfügbar.

Bildergalerie

  • Aufbau des pinMOS-Speichers

    Bild: Yichu Zheng, TU Dresden

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