Entwicklung von pinMOS: gleichzeitig elektrisch und optisch adressierbare Speicherzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Mannsfeld
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515090030

Obwohl Speicher einen sehr großen Teil konventioneller (siliziumbasierter) elektronischer Systeme darstellen, hinkt die Arbeit an organischen Speichern stark hinter den Forschungsanstrengungen zu z. B. organischen Transistoren her. Obwohl viele Konzepte vorgeschlagen wurden, gibt es derzeit keinen deutlichen Konsens über das weitere Vorgehen. Obwohl viele dieser Speicherkonzepte rein elektronischer Natur sind–d. h., sie werden sowohl elektrisch geschrieben als auch gelesen–würden einige Anwendungen enorm von der Funktionalität profitieren, zusätzlich auch optisch lesen und schreiben zu können, z. B. kontaktlose Anwendungen wie „Barcode“-Scannern, die Lesen und Schreiben ohne direkten physischen Kontakt erfordern, oder optische Sensoren, die sich an Lichteinfall „erinnern“ können. Mit dem vorgeschlagenen Projekt wollen wir eine neuartige Speicherstruktur, die wir kürzlich entwickelt haben, im Detail untersuchen und weiterentwickeln. Man kann sich das Bauelement als Kreuzung zwischen einer herkömmlichen p-i-n-Dioden-OLED-Struktur und einem MOS-Kondensator vorstellen – es wird hier als “pinMOS” bezeichnet. In Vorversuchen konnten wir bereits ein ausgeprägtes Speicherfenster messen sowie elektrisches Lesen und Schreiben von Speicherzuständen demonstrieren. Ein wichtiger Vorteil dieser Technologie gegenüber anderen liegt auch in ihrer Kompatibilität mit etablierten OLED-Fertigungstechniken und der daraus resultierenden einfachen Integration mit OLEDs. Daher ist diese Technologie in all solchen Szenarien geeignet, in denen OLEDs und Speicher kombiniert werden sollten. Während die ersten Ergebnisse wie hohe Reproduzierbarkeit, Zustandsstabilität und daher wahrscheinlich auch Multibit-Speicherfähigkeit sehr vielversprechend sind, benötigen wir für und vor einer Verbesserung der Speichercharaktersitika zunächst ein deutlich besseres Verständnis des Wirkprinzips und der zugrundeliegenden Physik. Dazu muss das pinMOS Bauelement viel detaillierter untersucht werden, und seine Schichtstruktur und deren Eigenschaften wie Dotierungskonzentrationen und Schichtdicke für eine verbesserte Speicherleistung optimiert werden. Ein weiteres Hauptziel besteht darin, dieses Gerät zu einem vollständig elektrooptischen Speichergerät zu entwickeln. Aufgrund der Tatsache, dass das Gerät einen p-i-n-Übergang enthält, kann einer der Speicherzustände derzeit bereits durch eine kurze sichtbare Lichtemission erkannt werden. Das Erweitern auf das Schreiben und Löschen durch Licht kann erreicht werden durch: 1) das Ersetzen der intrinsischen Emissionsschicht durch eine optisch aktive Donor-Akzeptor-Struktur und 2) das Ersetzen des Oxids durch ein organisches Material mit breiter Bandlücke. Wenn wir dies erreichen, können wir das erste organische Speichergerät demonstrieren, das vollständig und unabhängig elektrisch und optisch manipulierbar und kontrollierbar ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen