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pinMOS: Neuartiger Speicher aus OLED und Isolator

Redakteur: Julia Schmidt

Forscher der TU Dresden haben eine neuartige Speichertechnologie entwickelt, die aus der Kombination einer organischen Leuchtdiode (OLED) und eines Isolators besteht. Die gespeicherten Informationen sollen sowohl optisch als auch elektrisch auslesbar seien.

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Der pinMOS-Speicher ist ein organisches Halbleiterbauelement aus der Kombination einer OLED und eines Kondensators. Es besitzt die Eigenschaften eines Memcapacitors, interagiert mit Licht und kann schrittweise beschrieben und gelöscht werden kann.
Der pinMOS-Speicher ist ein organisches Halbleiterbauelement aus der Kombination einer OLED und eines Kondensators. Es besitzt die Eigenschaften eines Memcapacitors, interagiert mit Licht und kann schrittweise beschrieben und gelöscht werden kann.
(Bild: Yichu Zheng)

An der TU Dresden haben Wissenschaftler des Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) und des Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) eine neuartige Speichertechnologie entwickelt, basierend auf der Kombination einer organischen Leuchtdiode (OLED) und eines Isolators. Dabei sollen die gespeicherten Informationen sowohl optisch als auch elektrisch auszulesen seien. Zudem lassen sich die Informationen schrittweise hinzufügen – somit können mehrere Speicherzustände in einem Bauelement abgebildet werden. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht.

Speichern und Lesen – mit Licht und Strom

Die Wissenschaftler beschreiben darin eine neue Art von programmierbarem organischem kapazitivem Speicher, der eine Kombination aus einer OLED und einem MOS-Kondensator (MOS = Metalloxid-Halbleiter) 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 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-Diffusionssimulationen 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.

Messen mit SweepMe! – innovativer Ansatz fürs Labor

Alle Messungen innerhalb dieser Studie wurden mit der neuartigen Labor-Messsoftware „SweepMe!“ durchgeführt. Diese wurde von einem Start-up entwickelt, das eine Ausgründung der TU Dresden ist.

In der vorliegenden Studie konnte mit SweepMe! beispielhaft gezeigt werden, wie vielfältig es einsetzbar 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.

Die Studie ist eine Kooperation von TU Dresden (Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials – IAPP; Center for Advancing Electronics Dresden – cfaed) und Weierstraß-Institut Berlin.

Originalpublikation:

Yichu Zheng, Axel Fischer, Michael Sawatzki, Duy Hai Doan, Matthias Liero, Annegret Glitzky, Sebastian Reineke, Stefan C. B. Mannsfeld: Introducing pinMOS Memory: A Novel, Nonvolatile Organic Memory Device, in : Advanced Functional Materials, 07.11.19; DOI: 10.1002/adfm.201907119.

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