В последние годы было разработано множество видов электронных запоминающих устройств для хранения цифровой информации, такие как Flash-память, FeRAM, MRAM, PMC, PCM и ряд других. Среди них одним из наиболее молодых и перспективных энергонезависимых запоминающих устройств является резистивная память с произвольным доступом (сокр.RRAM-Resistive Random Access Memory). В отличии от наиболее распространенных на сегодняшний день flash-накопителей, данный вид памяти обладает невысокой стоимостью, простотой производства, высокой стабильностью сохранения состояния, низким рабочим смещением и неразрушающим считыванием. Благодаря отличной масштабируемости RRAM, она обладает огромным потенциалом для трехмерной интеграции массива памяти с высокой плотностью.

На сегодняшний день наиболее часто резистивную память реализуют на базе таких структур как металл-изолятор-металл (МИМ), халькогенид или полупроводниковый p-n-переход. Однако классическая решетчатая матрица RRAM страдает от перекрестных помех, которые вызваны током утечки из соседних ячеек памяти при считывании выбранной ячейки. Чтобы обеспечить практическое применение памяти за счет устранения помех во время процесса считывания, было предложено подключить выпрямительный диод к каждой ячейке памяти. Массивы памяти должны считываться электрически с внешним смещением в определенной последовательности, что ограничивает пропускную способность данных. Это ограничение можно преодолеть с помощью RRAM с возможностью оптического считывания сигналов, которое обеспечивает одновременное считывание сигналов и включение массивов памяти. Следовательно, ожидается, что разработка процесса параллельного считывания посредством оптического обнаружения сигнала резко повысит скорость передачи и расширит функциональные возможности обычной памяти. Одним из ключевых преобразований, необходимых для оптического процесса параллельного считывания, является разработка новой структуры RRAM, которая может излучать свет, что может быть достигнуто за счет интеграции RRAM со светоизлучающими диодами. Среди светодиодов наиболее широко используются в повседневной жизни светодиоды на основе InGaN/GaN благодаря экономии энергии, высокой яркости и высокой эффективности излучения. Эти преимущества означают, что современные светодиоды InGaN/GaN доминируют на коммерческом рынке полупроводникового освещения. Таким образом, они являются лучшим выбором для интеграции с RRAM в разрабатываемое нами новое устройство - светоизлучающие запоминающие устройство (СЗУ), которое может иметь параллельный процесс считывания с чрезвычайно высокими скоростями передачи данных посредством оптического обнаружения.
Для создания светоизлучающих ячеек RRAM стандартные светодиоды с квантовой ямой на основе InGaN/GaN подвергаются импульсному воздействию с помощью источника переменного напряжения. За счет короткого и мощного импульса происходит локальное изменение структуры гетероперехода и образуются дополнительные подвижные дефекты, за счет которых становятся возможными эффекты переключения и памяти в светодиоде.

На ВАХ данная зависимость будет выглядеть как стандартная прямая ветвь ВАХ диода. При этом ток через диод уменьшается на порядок, а светоизлучающая способность восстанавливается из-за преобладания излучательной рекомбинации. Т.к. в данном состоянии диод снова излучает свет, мы легко можем отличить состояния «0» и «1» не только с помощью электрического считывания, но и путем параллельного оптического считывания, например, с помощью ПЗУ или КМОП-ячеек, что значительно повысит скорость передачи данных. Логическая «1» в данном приборе по аналогии с прочими запоминающими устройствами соответствует 1 байту записанной информации, а логический «0» - отсутствию информации в ячейке. Данный прибор, как и все устройства с резистивной памятью, является энергонезависимым и сохраняет записанное значение даже при отсутствии питания. Стоит также отметить, что в классических RRAM к каждой ячейке памяти добавляют диод (структура 1R1D) для устранения перекрестных помех, которые вызваны током утечки из соседних ячеек памяти. В предлагаемом же нами новом приборе за счет наличия в структуре каждой ячейки собственного p-n-перехода нет необходимости дополнять матрицу активными или пассивными элементами Данный факт значительно упрощает структуру матрицы, а процесс производства становится менее затратным.
Информация из статей:
1.Vostretsova L. N., Rebenek V. A. The effect of Switching Resistive States in LED Structures based on InGaN/GaN, Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika, 2023, vol. 25, no. 1, p. 23—28.
2.Vostretsova L. N. , Ribenek V. A., D. Y. Vostretsov. Memory effect in InGaN/GaN-based LED structures, Applied Physics, 2023, no.1, p. 49-55.