GBT 46567.2-2026《智能计算 忆阻器测试方法 第2部分：线性度》

1智能计算忆阻器测试方法本文件描述了忆阻器在连续施加电脉冲进行长时程增强或长时程抑制操作时，电导变化的线性度的测试方法。本文件适用于两端型双极性忆阻器线性度的测试。2规范性引用文件GB/T46567.1—2025智能计算忆阻器测试方法第1部分：基础特性GB/T46567.1—2025界定的以及下列术语和定义适用于本文件。线性度linearityL在连续的外部编程脉冲作用下，忆阻器的电导值的变化过程与理想线性变化之间的吻合程度。突触权重synapticweightW两个神经元之间的连接强度。长时程增强long-termpotentiation;LTP忆阻器在连续正向电脉冲刺激下电导增大且长时间保持的过程。长时程抑制long-termdepression;LTD忆阻器在连续反向电脉冲刺激下电导减小且长时间保持的过程。待测件忆阻器由上电极、阻变层和下电极构成，其结构示意图和等效电路图分别见图1a)和图1b)。在读、电预处理、增强、抑制过程中，忆阻器的上电极和下电极将被施加不同的操作电压Vpre2a)结构示意图b)等效电路图标引符号说明：Vpe——施加在忆阻器突触前神经元的电压；Vpos——施加在忆阻器突触后神经元的电压。注：图中上电极代表忆阻器突触前神经元，下电极代表忆阻器突触后神经元，实际应用中反之亦可。图1忆阻器结构示意图和等效电路图5测试装置与环境条件5.1测试装置5.1.1测试装置框图探针台源测量单元探针台待测器件半导体参数分析仪开关矩阵待测器件脉冲生成单元图2忆阻器测试装置框图半导体参数分析仪应具备通过源测量单元和脉冲生成单元提供同步测量电流-电压特性、电容-电压特性以及超快脉冲式电流-电压特性的功能，参数应符合表1的要求。表1半导体参数分析仪参数要求3表1半导体参数分析仪参数要求(续)士(0.015%Rdg+600μV)士(0.015%Rdg+600μV)士(0.03%Rdg+1μA)士(2%Rdg+100mV)注：Rdg为测量的读数。表2探针台参数要求吸盘X轴行程吸盘Y轴行程吸盘Z轴行程吸盘旋转角度吸盘旋转角度分辨率5.2测试环境条件a)环境温度：15℃~35℃;b)环境相对湿度：40%～70%;6测试方法6.1LTP过程中的线性度6.1.1测试原理LTP测试原理见图3。在执行LTP操作时，需在忆阻器上电极施加幅度为V、宽度为tp的重复脉冲，忆阻器的下电极接地，通过施加读电压Vra读取电流I,计算获得忆阻器的突触权重W后，经过数据处理得到待测器件LTP过程中的线性度。脉冲生成单元脉冲生成单元a)忆阻器LTP测试电路示意图b)LTP测试电压时序图图3忆阻器LTP测试原理图6.1.2测试步骤在执行LTP操作时，每施加1次增强脉冲后，施加1次读电压Vre,读取忆阻器电流，Vrea不应引发忆阻器非预期阻变。忆阻器LTP操作的线性度测试流程见图4。是是否图4LTP的测试流程忆阻器LTP操作的线性度测试的具体操作步骤如下。a)对参数进行初始化，n的初始值为0,k的初始值为0。其中，参数n定义为系统进行LTP操作时在忆阻器的上电极施加的脉冲个数，n为自主设定的最大脉冲次数，参数k是忆阻器的相对突触权重变化率在规定范围外的迭代次数，km是可允许的最大迭代次数。b)按GB/T46567.1—2025中6.1规定的读的测试方法读取忆阻器初始电导值，即突触权重W。c)按GB/T46567.1—2025中6.3规定的增强操作的测试方法对忆阻器上电极施加脉冲幅值为Vp、脉冲宽度为tp的电压。d)记录n=n+1,且按GB/T46567.1—2025中6.1规定的读的测试方法读取忆阻器的突触权重e)判断忆阻器的相对权重变化率，即施加第n次增强操作前的突触权重W-1与施加第n次增强操作后的突触权重W的相对变化，按公式(1)计算：式中：△W。——施加增强操作前的突触权重与施加增强操作后的突触权重的相对变化；W,——施加第n次增强操作后的突触权重；W-1——施加第n次增强操作前的突触权重。f)判断△W,和0.01以及n和n大小关系：1)若△W≤0.01,则k=k+1,进入步骤g);2)若△W>0.01,且n≤ne,则令k=0,重新执行步骤c)、d)、e);3)若△W>0.01,但n>ne,则结束增强操作。g)判断操作的执行次数是否达到上限kmax,以及n和n大小关系：1)若执行次数小于kmax,且n≤n,则返回步骤c)继续执行增强操作；2)若执行次数小于kma,但n>n,则结束增强操作；3)若执行次数等于kmax,则结束抑制操作。6h)记录LTP操作过程中施加在忆阻器上的脉冲幅度V,脉冲宽度t,读操作中使用的读电压Vrea,LTP操作的次数n,自主设定的最大脉冲次数nse,施加第n次增强操作后的突触权重W,LTP操作脉冲总个数Nmxo,最大突触权重WNmxo。6.1.3数据处理按公式(2)计算LTP过程中理想的线性电导值：式中：Winepo(n)——LTP过程中理想的线性电导值；n—-LTP操作的次数；W。——初始突触权重；WNmx—最大突触权重。按公式(3)计算LTP过程中的线性度Lpo:式中：Lpo——LTP过程中的线性度；W,——施加第n次增强操作后的突触权重。公式(3)仅适用于WNmxm≠W。的情况。当WNmx=W。时，忆阻器无增强特性。6.2LTD过程中的线性度6.2.1测试原理LTD测试原理见图5。在执行LTD操作时，需在忆阻器下电极施加幅度为Vde、宽度为tue的重复脉冲，忆阻器的上电极接地，通过施加读电压Vra读取电流I,计算获得忆阻器的突触权重W后，经过数据处理得到待测器件LTD过程中的线性度。图5忆阻器LTD测试原理图6.2.2测试步骤在执行LTD操作时，每施加1次增强脉冲后，施加1次读电压Vna,读取忆阻器电流，Vrea不应引发忆阻器非预期阻变。忆阻器LTD操作的线性度测试流程见图6。是是否否否图6忆阻器LTD测试流程忆阻器LTD测试的具体操作步骤如下。a)对参数进行初始化，n的初始值为0,k的初始值为0。其中，参数n定义为系统进行LTD操作时在忆阻器的下电极施加的脉冲个数，nse为自主设定的最大脉冲次数，参数k是忆阻器的相对权重变化率在规定范围外的迭代次数，kmx是可允许的最大迭代次数。b)按GB/T46567.1—2025中6.1规定的读的测试方法读取忆阻器初始电导，即突触权重W。c)按GB/T46567.1—2025中6.4规定的抑制操作的测试方法对忆阻器下电极施加脉冲幅值为Vde、脉冲宽度为tde的电压。d)记录n=n+1,且按GB/T46567.1—2025中6.1规定的读的测试方法读取忆阻器的突触权重e)判断忆阻器的相对权重变化率，即施加第n次抑制操作前的突触权重W-1与施加第n次抑制操作后的突触权重W。的相对变化，按公式(4)计算：式中：△W,——施加抑制操作前的突触权重与施加抑制操作后的突触权重的相对变化；W,——施加第n次抑制操作后的突触权重；W-1——施加第n次抑制操作前的突触权重。f)判断△W,和0.01以及n和n大小关系：1)若△W,≤0.01,则k=k+1,进入步骤g);2)若△W>0.01,但n≤n,则令k=0,重新执行步骤c)、d)、e);3)若△W>0.01,且n>ne,则结束抑制操作。g)判断操作的执行次数是否达到上限kmax,以及n和ne大小关系：1)若执行次数小于kmax,且n≤n,则返回步骤c)继续执行抑制操作；2)若执行次数小于kmax,但n>n,则结束抑制操作；8h)记录LTD操作过程中施加在忆阻器上的脉冲幅度V,脉冲宽度t,读操作中使