【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)基礎(chǔ)與共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會(huì)歸口承擔(dān)的《相變存儲(chǔ)器電性能測(cè)試方法》(標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)編號(hào)CSTM LX 0000 01003—2022)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見(jiàn)稿。按照《中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)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(jiàn)。
 

　　相變存儲(chǔ)器因具備超高速、高集成度、低功耗等特點(diǎn)而受到國(guó)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(chǔ)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(chǔ)器的有效精準(zhǔn)測(cè)試是指導(dǎo)性能優(yōu)化的基礎(chǔ)，但目前國(guó)際國(guó)內(nèi)均無(wú)統(tǒng)一的相變存儲(chǔ)器測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。隨著近年來(lái)相變存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加劇，亟待建立一套明確的相變存儲(chǔ)器電性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)器件優(yōu)化設(shè)計(jì)、上下游測(cè)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(jí)納米尺度相變存儲(chǔ)單元電學(xué)操作參數(shù)測(cè)試規(guī)范規(guī)程編制。
 

　　本文件規(guī)定了相變存儲(chǔ)單元器件的電性能測(cè)試方法，分為器件性能測(cè)試和器件可靠性測(cè)試，器件性能測(cè)試包括電流-電壓特性、存儲(chǔ)窗口、置位時(shí)間、置位電壓、復(fù)位時(shí)間、復(fù)位電壓、功耗；器件可靠性測(cè)試包括疲勞壽命和數(shù)據(jù)保持時(shí)間。本文件適用于相變存儲(chǔ)單元器件以及內(nèi)嵌上述存儲(chǔ)器的集成電路。
 

　　源測(cè)量單元：
 

　　源測(cè)量單元是本測(cè)試系統(tǒng)的核心部分，其主要用途是對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行直流掃描、電阻讀出及其他操作。它能夠?yàn)橄嘧兇鎯?chǔ)單元提供I-V及脈沖相關(guān)的電特性測(cè)試。用戶可通過(guò)操作界面對(duì)測(cè)試項(xiàng)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(shí)用性。
 

　　測(cè)試相變存儲(chǔ)器所使用的源測(cè)量單元，其電壓源輸出范圍應(yīng)不小于±10 V，電壓測(cè)量分辨率0.5 μV；電流源輸出范圍不小于±100 mA，測(cè)量分辨率1 nA，具備客制化編程功能。
 

　　信號(hào)發(fā)生器：
 

　　脈沖發(fā)生器須V具備脈沖信號(hào)輸出能力，其主要用途是對(duì)相變存儲(chǔ)單元施加讀、寫、擦操作脈沖。輸出電壓范圍在開路負(fù)載時(shí)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(guò)綜合性的半導(dǎo)體特性測(cè)試儀等設(shè)備提供上述信號(hào)發(fā)生器與源測(cè)量單元的測(cè)試功能。
 

　　探針臺(tái)：
 

　　探針臺(tái)主要由樣品臺(tái)，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(cè)試用樣品(相變存儲(chǔ)器單元)的平臺(tái)并引入操作脈沖信號(hào)和測(cè)量信號(hào)施加到測(cè)試樣品上。探針臺(tái)需具備以下特點(diǎn)：
 

　　1. 具備氣墊防震系統(tǒng)，以降低外界因素對(duì)測(cè)量干擾，提高測(cè)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(cè)試需要隨時(shí)更換配置，非常適合相變存儲(chǔ)器快速測(cè)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(cè)試平臺(tái)的要求，對(duì)相變存儲(chǔ)器單元的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
 

　　測(cè)試步驟：
 

　　1. 在存儲(chǔ)器陣列中選擇器件單元作為測(cè)試對(duì)象。
 

　　2. 將待測(cè)對(duì)象接入圖1所示的測(cè)試系統(tǒng)中。
 

　　3. 使用源測(cè)量單元對(duì)相變存儲(chǔ)單元的電阻值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中使用直流電壓輸出，測(cè)量回路電流的方法，過(guò)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(shí)相變單元電阻值。
 

　　4. 施加復(fù)位脈沖對(duì)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(guò)10 V，脈沖上升/下降沿不大于10 ns。
 

　　5. 直流電流掃描過(guò)程如圖2所示，其中初始電流和終止電流可根據(jù)待測(cè)樣品適當(dāng)調(diào)節(jié)，通常設(shè)置為0~500 μA，步長(zhǎng)為1 μA。
 

　　6. 最后由源測(cè)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(cè)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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