TCSTM 01003-2023 相变存储器电性能测试方法

ICS31.200CCSL56

T/CSTM01003—2023相变存储器电性能测试方法Measurementmethodsforelectricalpropertiesofphasechangememory2023-03-07发布 2023-06-07实施中关村材料试验技术联盟 发布T/CSTM01003T/CSTM01003—2023目 次前言 II引言 III1范围 12规性用件 13术和义 14仪与网 35样品 46环条件 47器性能 48器可性 119试报告 13附录A（料）变储器性测实例 14附录B（料）草位和要草人 19参考献 20IT/CSTM01003—2023前 言GB/T1.1—20201请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。（CSTM/FC00）（CSTM/FC00）II学兔兔标准下载T/CSTM01003T/CSTM01003—2023引 言III学兔兔标准下载相变存储器电性能测试方法范围本文件适用于相变存储单元器件（以下简称器件）。（GB/T175742GB/T33657GB/T17574和GB/T336573.1置位set（SET）[来源：GB/T17574-1998，1.2.21，有修改]3.2复位reset通常施加一个宽度较窄而幅度较高的电脉冲，电能转变成热能,（RESET）[来源：GB/T17574-1998，1.2.22，有修改]3.3读操作read1学兔兔标准下载T/CSTM01003T/CSTM01003—20233.4dccurrent-voltagecharacteristic3.5存储窗口memorywindow相变存储器的高低阻态阻值之比。3.6置位时间set-time使相变存储器件发生SET操作的最小脉冲宽度。3.7置位电压set-voltage使相变存储器件发生SET操作的最小脉冲幅值。3.8复位时间reset-time使相变存储器件发生RESET操作的最小脉冲宽度。3.9复位电压reset-voltage使相变存储器件发生RESET操作的最小脉冲幅值。3.10耐久性endurance3.11数据保持力dataretention85℃10加速测试和数据统计预测其可靠性。相变存储器的数据保持力可以通过高温累积实验进行测量。根据2学兔兔标准下载T/CSTM01003—2023Arrhenius模型，在高温环境下，累积测试存储单元的失效时间，温度与累积时间适合于Arrhenius方程，如公式（1）。............................................................ （1）3.12失效时间failuretime相变单元从正常相态转换到信息失效或者丢失所经历的时间。用于相变存储单元电性能测试的仪器与组网如图1所示，主要仪器包括源测量单元、信号发生器、探针台或者测试夹具和温度测试系统。整个测试系统需在校准有效期内。图1相变存储单元测试系统组成I-V10V0.5μV1001nAV10ns，上升/10ns探针台3学兔兔标准下载T/CSTM01003—2023（相示波器数字示波器及探头技术参数需符合测试平台的要求，对相变存储器单元的动态过程进行监测。样品具有两个外接引出端子的相变存储单元器件。测试的环境温度：25±3℃。湿度：＜65%RH。相变存储器直流电流0μAI-V图2相变存储器直流电流扫描示意图测试步骤如下：14学兔兔标准下载T/CSTM01003—20230.1VRESET10V，脉冲上升/下降沿不大于10ns；21μA；I-VA；7）重复步骤)和)，得到晶态的I-V曲线B。测试结束后，得到如图3所示的直流电流-电压特性曲线，并记录阈值电流Ith、阈值电压Vth及相变单元低阻态电阻值。图3相变存储器直流电流-电压特性示意图测试步骤如下：对)10V0.2V10V；根据测试数据画出电压-电阻曲线，如图4对图55个点平均值作为低阻值RL，按照以下公式（2）计算得到。W=RH/RL ............................................................ （2）5学兔兔标准下载T/CSTM01003—2023记录如图4所示的测试曲线及根据公式（2）计算得到的相变存储器存储窗口W。图4相变存储器存储窗口测试结果示意图如图5图5相变存储器置位时间测试原理图测试步骤如下：对)1RESET1V0.5V~2V；40ns190106tSET。记录如图6所示的测试曲线及相变存储器置位时间tSET。6学兔兔标准下载T/CSTM01003—T/CSTM01003—2023图6恒定幅值下单元阻值与置位脉冲宽度关系曲线如图7图7相变存储器置位电压测试原理图测试步骤如下：对)1RESET200ns，上升/10ns50ns~500ns；0V1.5V，步进0.1V8VSET。记录如图8所示的测试曲线及相变存储器置位电压VSET。7T/CSTM01003—T/CSTM01003—2023图8恒定脉冲宽度下单元阻值与置位脉冲电压关系曲线如图9图9相变存储器复位时间测试原理图测试步骤如下：对)1SET3V1V~5V；10ns1005ns10tRESET。记录如图10所示的测试曲线及相变存储器复位时间tRESET。8T/CSTM01003—T/CSTM01003—2023图10恒定幅值下单元阻值与复位脉冲宽度关系曲线如图11图11相变存储器复位电压测试原理图测试步骤如下：对)1SET40nsns~150ns；0V0.2V412VRESET。记录如图12所示的测试曲线及相变存储器复位电压VRESET。9T/CSTM01003—T/CSTM01003—2023图12恒定宽度下单元阻值与复位脉冲电压关系曲线功耗公式根据公式（3）计算得出相变存储器置位和复位操作功耗。P=（U2/R）×t （3）式中：P-置位/复位操作能耗；U-加在器件单元两端的电压；R-器件此时的电阻；t-脉冲的作用时间。R。根据公式（4）得到置位操作功耗。SET PSET=（V 2/R）×t （4SET 式中：PSET-置位操作功耗；VSET-最小置位电压；R-器件单元在施加VSET对应的电阻值；tSET-器件对应的置位脉冲宽度。根据公式（5）得到复位操作功耗。RESET PRESET=（V 2/R）×t （5RESET 式中：PRESET-复位操作功耗；VRESET-最小复位电压；R-器件单元在施加VRESET对应的电阻值；tRESET-器件对应的复位脉冲宽度。测试实例见附录A。10T/CSTM01003T/CSTM01003—2023耐久性13图13相变存储器件耐久性测试原理图通过7.3~7.6测试，获得相变存储单元置位和复位操作的脉冲参数。——复位脉冲宽度tRESET;——复位脉冲幅值VRESET;——置位脉冲宽度tSET;——置位脉冲幅值VSET。当存储器的高低阻值之比RH/RL小于10倍时视为失效。测试步骤如下：对)110i~10i+1循环10i(i=0,1,2…)；器件在经历若干SET和RESET操作脉冲后，其高低阻值窗口W已小于10SETRESETN11T/CSTM01003T/CSTM01003—2023ArrheniusArrhenius（1）。样品阻值降低至低于存储窗口时该温度下样品的数据保持时间。测试步骤如下：RESETT1T2T314绘制如图15所示的失效时间拟合曲线，基于Arrhenius方程t=τexp(Ea/kBT)，将所得到的温度和（t-1/T）85℃tretention85℃。测试实例见附录A。图14非晶态阻值在不同温度下随时间变化示意图图15相变存储器数据保持时间示意图12T/CSTM01003T/CSTM01003—2023试验报告应包括但不限于下列内容：13T/CSTM01003T/CSTM01003—2023附录A（资料性）相变存储器电性能测试实例测试前，升高探针台，用镊子将相变存储单元取出，放置在探针台上，建立探针与样品的良好接触。按照图1所示的设备组网图搭建好电性能测试系统，并完成主要设备的自检操作，确保仪器可正常工作。1）读取样品电阻值，先对其进行复位操作；0μA1μA；I-V80ns0V3V40ns0V4V515ns110试；2000.1V1.5140ns190试；根据560ns0.8V300nsSET和RESET30014T/CSTM01003T/CSTM01003—2023SETRESET10SETRESET85A.1A.3.3）得到的I-V0.642V时，相变存储单元从非晶体转换为多晶态。图A.1样品单元I-V特性曲线图A.2是通过步骤RL。图A.2相变存储单元电阻随脉冲幅值变化曲线A.3A.3.9）40ns3.6V低阻()，3.6V15T/CSTM01003T/CSTM01003—2023样品单元在40ns脉冲宽度条件下所对应的最小有效复位脉冲电压VRESET。图A.340ns宽度下单元阻值与复位脉冲电压关系曲线图A.4是通过步骤5V70ns低阻(高阻)70ns5VtRESET。图A.4幅值为5V下单元阻值与复位脉冲宽度关系曲线A.5A.3.14）200ns0.5V高阻V200nsVSET。16T/CSTM01003T/CSTM01003—2023图A.5200ns宽度下单元阻值与置位脉冲电压关系曲线图A.6是通过步骤1V85ns()(低阻)，85ns1VtSET。图A.6幅值为1V下单元阻值与置位脉冲宽度关系曲线图A.7是通过步骤A.425×104SET和RESET5×104Nendurance。17T/CSTM01003T/CSTM01003—2023图A.7相变存储器件复位置位次数测试结果示意图A.8A.4.5）Arrhenius方程t=τexp(Ea/kBT)（t-1/