cstm標準《相變存儲器電性能測試方法》征求意見

由中國材料與試驗標準化委員會基礎(chǔ)與共性技術(shù)標準化領(lǐng)域委員會歸口承擔的《相變存儲器電性能測試方法》(標準立項編號cstm lx 0000 01003—2022)團體標準已完成征求意見稿。按照《中國材料與試驗團體標準制修訂管理細則》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測試是指導性能優(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準。隨著近年來相變存儲器產(chǎn)業(yè)化進程加劇，亟待建立一套明確的相變存儲器電性能測試標準，以指導器件優(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 《標準化工作導則 第 1 部分：標準化文件的結(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、復位時間、復位電壓、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。

信號發(fā)生器：

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. 施加復位脈沖對選擇的器件單元進行reset操作，使其處于高阻狀態(tài)，復位脈沖電壓應不超過10 v，脈沖上升/下降沿不大于10 ns。

5. 直流電流掃描過程，其中初始電流和終止電流可根據(jù)待測樣品適當調(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，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。