【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國材料與試驗標(biāo)準(zhǔn)化委員會基礎(chǔ)與共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會歸口承擔(dān)的《相變存儲器電性能測試方法》(標(biāo)準(zhǔn)立項編號CSTM LX 0000 01003—2022)團體標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿。按照《中國材料與試驗團體標(biāo)準(zhǔn)制修訂管理細(xì)則》的有關(guān)要求，現(xiàn)公開征求意見。
相變存儲器因具備超高速、高集成度、低功耗等特點而受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為最有潛力成為下一代主流非易失性存儲器，正在以前所未有的速度向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。
關(guān)于相變存儲器的有效精準(zhǔn)測試是指導(dǎo)性能優(yōu)化的基礎(chǔ)，但目前國際國內(nèi)均無統(tǒng)一的相變存儲器測試標(biāo)準(zhǔn)。隨著近年來相變存儲器產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加劇，亟待建立一套明確的相變存儲器電性能測試標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)器件優(yōu)化設(shè)計、上下游測試設(shè)備等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
本文件參照 GB/T 1.1—2020 《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第 1 部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)則起草。參考GB/T 17574-1998 半導(dǎo)體器件 集成電路 第2部分：數(shù)字集成電路；GB/T 33657-2017 納米技術(shù) 晶圓級納米尺度相變存儲單元電學(xué)操作參數(shù)測試規(guī)范規(guī)程編制。
本文件規(guī)定了相變存儲單元器件的電性能測試方法，分為器件性能測試和器件可靠性測試，器件性能測試包括電流-電壓特性、存儲窗口、置位時間、置位電壓、復(fù)位時間、復(fù)位電壓、功耗；器件可靠性測試包括疲勞壽命和數(shù)據(jù)保持時間。本文件適用于相變存儲單元器件以及內(nèi)嵌上述存儲器的集成電路。
源測量單元：
源測量單元是本測試系統(tǒng)的核心部分，其主要用途是對存儲單元進(jìn)行直流掃描、電阻讀出及其他操作。它能夠為相變存儲單元提供I-V及脈沖相關(guān)的電特性測試。用戶可通過操作界面對測試項目進(jìn)行全面的控制和參數(shù)設(shè)定，具有很高的靈活性和實用性。
測試相變存儲器所使用的源測量單元，其電壓源輸出范圍應(yīng)不小于±10 V，電壓測量分辨率0.5 μV；電流源輸出范圍不小于±100 mA，測量分辨率1 nA，具備客制化編程功能。
脈沖發(fā)生器須V具備脈沖信號輸出能力，其主要用途是對相變存儲單元施加讀、寫、擦操作脈沖。輸出電壓范圍在開路負(fù)載時不小于±10 V，輸出脈沖最小寬度10 ns，上升/下降沿不大于10 ns，支持自定義波形輸出功能。
也可通過綜合性的半導(dǎo)體特性測試儀等設(shè)備提供上述信號發(fā)生器與源測量單元的測試功能。
探針臺：
探針臺主要由樣品臺，探針，光學(xué)顯微鏡，真空泵等部分組成，主要功能是提供放置測試用樣品(相變存儲器單元)的平臺并引入操作脈沖信號和測量信號施加到測試樣品上。探針臺需具備以下特點：
1. 具備氣墊防震系統(tǒng)，以降低外界因素對測量干擾，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。
2. 具備射頻探針和直流探針，射頻電纜(40G)和SMA型高頻電纜(2G)，可以根據(jù)不同的測試需要隨時更換配置，非常適合相變存儲器快速測試的需要。
示波器：
數(shù)字示波器及探頭技術(shù)參數(shù)需符合測試平臺的要求，對相變存儲器單元的動態(tài)過程進(jìn)行監(jiān)測。
測試步驟：
1. 在存儲器陣列中選擇器件單元作為測試對象。
2. 將待測對象接入圖1所示的測試系統(tǒng)中。
3. 使用源測量單元對相變存儲單元的電阻值進(jìn)行測量，測量過程中使用直流電壓輸出，測量回路電流的方法，過程中應(yīng)確保輸出電壓≤0.1 V，以防止相變單元電阻發(fā)生改變，記錄此時相變單元電阻值。
4. 施加復(fù)位脈沖對選擇的器件單元進(jìn)行RESET操作，使其處于高阻狀態(tài)，復(fù)位脈沖電壓應(yīng)不超過10 V，脈沖上升/下降沿不大于10 ns。
5. 直流電流掃描過程如圖2所示，其中初始電流和終止電流可根據(jù)待測樣品適當(dāng)調(diào)節(jié)，通常設(shè)置為0~500 μA，步長為1 μA。
6. 最后由源測量單元進(jìn)行數(shù)據(jù)分析取得初始態(tài)為非晶態(tài)的I-V曲線A。
7. 重復(fù)步驟5和6，得到晶態(tài)的I-V曲線B。
結(jié)果記錄：
測試結(jié)束后，得到如圖3所示的直流電流-電壓特性曲線，并記錄閾值電流Ith、閾值電壓Vth及相變單元低阻態(tài)電阻值。
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