阻變存儲(chǔ)單元電學(xué)測試規(guī)范

ICS35.060

CCSL74

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

JH/CIEXXX-2021

阻變存儲(chǔ)單元電學(xué)測試規(guī)范

ResistiveMemoryCellElectricalParameterTestSepcification

（征求意見稿）

（本草案完成時(shí)間：2022.5.20）

在提交反饋意見時(shí)，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

2021-XX-XX發(fā)布2021-XX-XX實(shí)施

中國電子學(xué)會(huì)發(fā)布

JH/CIEXXX-2021

阻變存儲(chǔ)單元電學(xué)測試規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了阻變存儲(chǔ)單元擦寫、耐久性和數(shù)據(jù)保持等測試方法，其結(jié)果用于表征阻變存儲(chǔ)器的

電學(xué)特性。

本文件適用于阻變存儲(chǔ)器器件的測試，用于測試器件單元特性，不適用于包含外部驅(qū)動(dòng)電路的存

儲(chǔ)單元。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適

用于本文件。

GB/T17574-1998半導(dǎo)體器件集成電路第2部分：數(shù)字集成電路

GB/T35003-2018非易失性存儲(chǔ)器耐久和數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)方法

3術(shù)語和定義

GB/T9178、GB/T14113和GB/T17574界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

阻變存儲(chǔ)單元resistivememorycell

一種在外部電場的作用下能夠改變阻值的非易失存儲(chǔ)單元。

3.2

形成操作formingoperation

阻變存儲(chǔ)單元在初始時(shí)施加特定電壓，從而形成具備阻變特性的存儲(chǔ)器。

3.3

寫操作setoperation

阻變存儲(chǔ)單元在外部電場的作用下從高阻態(tài)向低組態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。

3.4

擦操作resetoperation

阻變存儲(chǔ)單元在外部電場的作用下從低阻態(tài)向高組態(tài)轉(zhuǎn)變的過程。

3.5

讀操作readoperation

測量阻變存儲(chǔ)器單元電阻，從而讀取存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)。

3.6

窗口windows

高阻態(tài)阻值與低阻態(tài)阻值的比例。

3.7

耐久endurance

1

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阻變器件經(jīng)受連續(xù)多次數(shù)據(jù)擦寫的能力。

3.8

數(shù)據(jù)保持dataretention

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，阻變存儲(chǔ)器在非偏置條件下保持?jǐn)?shù)據(jù)的能力。

4設(shè)備

4.1概述

測試流程需要使用下列設(shè)備。

4.2脈沖信號(hào)發(fā)生器

具有矩形脈沖信號(hào)輸出功能，滿足阻變存儲(chǔ)器擦寫和讀取過程中的脈沖要求，具備外部控制源

控制輸出電壓和脈沖寬度的能力。

4.3溫度試驗(yàn)箱

提供高低溫測試環(huán)境，能夠?qū)囟确€(wěn)定在規(guī)定溫度的±3℃之內(nèi)。

4.4源測量單元

可同時(shí)精確采集和測量電壓和/或電流，其測量精度滿足阻變存儲(chǔ)器擦寫與讀取過程中電壓與電

流測量要求，具備數(shù)據(jù)記錄與遠(yuǎn)程控制功能。

4.5探針臺(tái)

針對未封裝器件，提供對測試阻變存儲(chǔ)單元的測試接入。

4.6測試夾具

針對封裝后器件，提供對測試阻變存儲(chǔ)單元的測試接入。

5測試流程

5.1擦寫脈沖的選擇

針對不同的應(yīng)用場景，對存儲(chǔ)器高低阻值的分辨窗口、操作速度等需求不同，通常需要在針對

同一應(yīng)用場景要求選定統(tǒng)一的脈沖條件。

5.2測試連接

針對阻變存儲(chǔ)單元測試，通過探針臺(tái)或測試夾具接入到被測阻變存儲(chǔ)單元，并與測試設(shè)備相連

接。

5.3阻變存儲(chǔ)單元初始化

采用源測量單元對阻變存儲(chǔ)器執(zhí)行形成操作，初始化阻變存儲(chǔ)單元，并記錄初始化操作后的低

阻電阻值。

5.4阻變存儲(chǔ)單元寫操作

2

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在阻變存儲(chǔ)單元上施加選定的寫脈沖。為了保證寫操作正確性，需要在完成寫操作后進(jìn)行一次

讀取操作，確定阻變存儲(chǔ)單元處于高阻態(tài)。

5.5阻變存儲(chǔ)單元擦操作

在阻變存儲(chǔ)單元上施加選定的擦脈沖。為了保證擦操作正確性，需要在完成擦操作后進(jìn)行一次

讀取操作，確定阻變存儲(chǔ)單元處于低阻態(tài)。

5.6阻變存儲(chǔ)單元讀操作

在阻變存儲(chǔ)單元上施加選定的讀脈沖，分析讀取電流，判定阻變存儲(chǔ)單元當(dāng)前處于高阻態(tài)或低

組態(tài)。

5.7阻變存儲(chǔ)單元連續(xù)讀測試

5.7.1概述

阻變存儲(chǔ)單元連續(xù)讀測試的目的是驗(yàn)證器件在讀操作下的狀態(tài)保持能力。阻變存儲(chǔ)單元的讀測

試分為兩個(gè)步驟，包含讀高阻態(tài)測試和讀低阻態(tài)測試兩步。

5.7.2讀高阻態(tài)測試

對阻變存儲(chǔ)單元進(jìn)行寫操作，將阻變存儲(chǔ)器單元置于高阻值狀態(tài)。采用讀操作對阻變存儲(chǔ)單元

進(jìn)行持續(xù)的讀操作，記錄讀取中電流情況，計(jì)算阻變存儲(chǔ)單元的阻值。當(dāng)阻變存儲(chǔ)器的阻值小于設(shè)

定的單元窗口分辨閾值時(shí)判斷單元讀取失敗。

5.7.3讀低阻態(tài)測試

對阻變存儲(chǔ)單元進(jìn)行擦操作，將阻變存儲(chǔ)器單元置于低阻值狀態(tài)。采用讀操作對阻變存儲(chǔ)單元

進(jìn)行持續(xù)的讀操作，記錄讀取中電流情況，計(jì)算阻變存儲(chǔ)單元的阻值。當(dāng)阻變存儲(chǔ)器的阻值小于設(shè)

定的單元窗口分辨閾值時(shí)判斷單元讀取失敗。

5.7.4讀測試結(jié)果判定

對于阻變存儲(chǔ)單元的讀測試以讀高阻態(tài)測試和讀低阻測試兩者較小的測試結(jié)果為準(zhǔn)。

5.8阻變存儲(chǔ)單元擦寫循環(huán)測試

阻變存儲(chǔ)單元擦寫循環(huán)測試的目的是驗(yàn)證器件在擦寫操作下的壽命。

5.8.1阻變存儲(chǔ)單元測試序列

阻變存儲(chǔ)單元擦寫測試的一個(gè)周期由一個(gè)寫操作、一個(gè)擦操作和兩個(gè)讀操作構(gòu)成，其施加順序

為寫操作、讀操作、擦操作、讀操作。其中，兩次讀操作用于確定阻變存儲(chǔ)單元的擦寫操作的正確

性。

以1個(gè)完整單元擦寫測試周期為計(jì)數(shù)值開展對阻變存儲(chǔ)單元的擦寫測試。

5.8.2阻變存儲(chǔ)單元測試結(jié)果判定

當(dāng)擦操作或?qū)懖僮骱?，讀取操作獲得的阻變存儲(chǔ)單元阻值超出了設(shè)定的單元窗口分辨閾值，即

無法區(qū)分阻變存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)，此時(shí)判定阻變存儲(chǔ)單元失效。

5.9阻變存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)保持能力測試

3

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阻變存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)保持能力測試目的是驗(yàn)證數(shù)據(jù)在給定溫度條件下的數(shù)據(jù)保持特性。

5.9.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)前，需首先對單元進(jìn)行擦寫操作，將需要的數(shù)據(jù)圖形寫入存儲(chǔ)單元中，并對寫入

數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，保證數(shù)據(jù)寫入正確，但該操作不能影響數(shù)據(jù)圖形。

5.9.2保持測試溫度條件

除另行規(guī)定，應(yīng)選取表1中的一項(xiàng)試驗(yàn)條件作為數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)時(shí)間。

表1數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)時(shí)間

試驗(yàn)條件試驗(yàn)溫度TA℃試驗(yàn)時(shí)間h

A1001000

B125100

C最高貯存溫度按公式(1)計(jì)算

試驗(yàn)條件選取原則如下：

a)試驗(yàn)體檢A、試驗(yàn)條件B規(guī)定的試驗(yàn)溫度及時(shí)間要求是試驗(yàn)時(shí)通?？刹扇〉脑囼?yàn)條件，不用來

證明是否滿足某個(gè)特定使用條件下的數(shù)據(jù)保持要求。

b)如需驗(yàn)證是否滿足某個(gè)特定使用條件下的數(shù)據(jù)保持要求，應(yīng)采用試驗(yàn)條件C，在最高貯存溫

度下進(jìn)行試驗(yàn)，并依據(jù)式（1）計(jì)算得出試驗(yàn)時(shí)間。其中，激活能值與工藝、材料有關(guān)，有

工藝廠家提供，當(dāng)工藝廠家無法提供時(shí)，承制方可通過摸底試驗(yàn)選取適當(dāng)?shù)募せ钅苤怠?/p>

………………(1)

式中：

F-----溫度加速因子；

----激活能值，單位為電子伏(eV);

-----玻爾茲曼常數(shù)(k=8.617110-5eV/K);

-----器件數(shù)據(jù)保持時(shí)間，單位為小時(shí)(h)；

-----器件試驗(yàn)時(shí)間，單位為小時(shí)(h)；

-----器件正常使用溫度，單位為卡爾文(K);

-----器件試驗(yàn)溫度，單位為卡爾文(K);

5.9.3數(shù)據(jù)保持試驗(yàn)后的電測試

采用讀操作獲取阻變存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)圖形，并與寫入的數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行比對，分析是否相

一致，計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)比例。

6測試報(bào)告

測試完成后的測試報(bào)告應(yīng)包含下述內(nèi)容：

----測試單位的名稱和地址

----送樣單位的名稱和地址

----測試規(guī)范與測試日期

----測試者

----測試環(huán)境溫度與濕度

4

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----測試使用儀器設(shè)備名稱、編號(hào)和計(jì)量有效期

----測試阻