Measurementmethodsforelectricalproperties2023-03-07發布2023-I 請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國材料與試驗標準化委員會基礎與共性技術標準化領域委員會（CSTM/FC00本文件由中國材料與試驗標準化委員會基礎與共性技術標準化領域委員會（CSTM/FC00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1相變存儲器電性能測試方法能測試包括電流-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GB/T33657納米技術晶圓級納米尺度相變存儲單元電學操作參數測元阻值降低，即置1操作。使相變存儲器件置入不表示零的規定狀態的置通常施加一個寬度較窄而幅度較高的電脈沖，電能轉變成熱能,使相變材料溫度迅速升高到熔化溫向非晶態的轉化，進而實現相變存儲單元阻值升高，即置0操作。使相變存儲器件恢復到規定的不必一2使相變材料的溫度上升到結晶溫度以上。讀取相變存儲單元存儲狀態的操直流電流—電壓特性dccurrent-加速測試和數據統計預測其可靠性。相變存儲器的數據保持力可以通過高溫累積實驗進行測量。根據3Arrhenius模型，在高溫環境下， （1）4儀器與組網4.1測試系統組成探針臺或者測試夾具和溫度測試系統。整個測試系統需在校準有效期4.2源測量單元操作。它能夠為相變存儲單元提供I-V及脈沖相關的電特性測試。用戶可通過操作界面對測試項目進行4.2.2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±10V，μV；電流源輸出范圍不小于±100mA，電流測量分辨率1nA，4.3信號發生器出電壓范圍在開路負載時不小于±10V，輸出脈沖最小寬度10ns，上升/下降沿不大于10ns4.4探針臺4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數字示波器及探頭技術參數需符合測試平臺的要求，對相變存儲器單元的動態過程進行濕度65%RH。相變存儲器直流電流-電壓特性通過施加電流掃描，測試相變存儲器兩端電壓的方式來獲得。電流掃描過程如圖2所示，所施加直流電流從0μA壓發生突變；對于初始狀態為晶態的相變單元，直流I-V特性通常為單調遞增的2）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；5電流的方法，過程中應確保輸出電壓≤0.1V，以防止相變單元電阻發生改變，記錄此時相變單元電阻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10V，脈沖上升/下降沿不大于10ns；5）直流電流掃描過程如圖2所示，其中初始電流和終止電流可根據待測樣品適當調節，通常6）最后由源測量單元進行數據分析取得初始態為非晶7）重復步驟7.1.2.5)和7.1.2.6)，得到晶態的I2）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；3）對選擇的器件單元進行直流電流掃描，掃描范圍需大于其閾值電流，使樣品處于較低的阻值狀4）設置信號發生器輸出連續的方波脈沖，脈沖的電壓幅值從0V開始以0.2V步進逐漸增加，將脈5）根據測試數據畫出電壓-電阻曲線，如圖4所示。其中，當阻值變化到較高阻值區間且不再明顯6）對圖4中的曲線進行分段線性擬合，選取其中低阻向高阻跳變后連續5個點平均值作為存儲器的高阻值RH；類似地，在低阻態區域選取連續5個點平均值作為低阻值RL，按照以下公式（2）計算得到存儲窗口W。W=RH/RL6記錄如圖4所示的測試曲線及根據公式（2）計算得到的相變存儲器存儲窗口W。如圖5所示，在某一固定置位幅值下逐漸增大脈沖的寬度，施加在初始態為非晶態的相變存儲單元2）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；3）對選擇的器件單元先進行RESET操作，使其處于高沖寬度。測試記錄每次施加脈沖后器件阻值的數值沖幅值下的最小有效置位時間，記為tSET。記錄如圖6所示的測試曲線及相變存儲器置位時間tSET。7如圖7所示，在某一固定脈沖寬度下逐漸提高脈沖的電壓幅值，施加在初始態為非晶態的相變存儲2）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；3）對選擇的器件單元先進行RESET操作，使其處于高4）設定信號發生器的初始電壓脈沖寬度為固定值200ns，上升/下初始電壓寬度不同，通常為50ns~500ns；5）控制電壓幅值從0V逐漸增加到1.5V，步進0.1V，作用于器件單元。不同規格適用的脈沖幅值沖寬度下的最小有效置位電壓，記為VSET。記錄如圖8所示的測試曲線及相變存儲器置位電壓VSET。8如圖9所示，在某一固定幅值下逐漸增大脈沖的寬度，施加在初始態為晶態的相變存儲單元上，在2）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；3）對選擇的器件單元先進行SET操作，使其處于低4）設定信號發生器的初始電壓脈沖幅值為3V。不同規格適用的脈沖幅值不同，通常為1V~5V；單元。測試記錄每次施加脈沖后器件電阻的6）對圖10中曲線進行分段線性擬合，轉變為高阻態時交點位置所對應的脈沖寬度就是該恒定復位脈沖幅值下的最小有效復位時間，記為tRESET。記錄如圖10所示的測試曲線及相變存儲器復位時間tRESET。92）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；3）對選擇的器件單元先進行SET操作，使其處于低4）設定信號發生器的初始電壓脈沖寬度為固定值40nsns~150ns；脈沖寬度下的最小有效復位電壓，記為VRESET。記錄如圖12所示的測試曲線及相變存儲器復位電壓VRESET。P-置位/復位操作能耗；PSET=（VSET2/R）×tSET（4）PSET-置位操作功耗；R-器件單元在施加VSET對應的電阻值；tSET-器件對應的置位脈沖寬度。PRESET=（VRESET2/R）×tRESET（5）PRESET-復位操作功耗；VRESET-最小復位電壓；R-器件單元在施加VRESET對應的電阻值；tRESET-器件對應的復位脈沖寬度。——復位脈沖寬度tRESET;——復位脈沖幅值VRESET;——置位脈沖寬度tSET;——置位脈沖幅值VSET。2）將待測對象接入圖1所示的測試系統中；周期時，每隔10i次循環周期對器件讀取一次高低阻值(i=0,1,2…4）器件在經歷若干SET和RESET操作脈沖后，其高低阻值窗口W已小于10，表明器件已經失效，此時其經歷的SET和RESET操作次數N即為此器件環境下，累積測試存儲單元的失效時間，溫度與累積時間適合于Arrhenius方程，如樣品阻值降低至低于存儲窗口時該溫度下樣品的數據保持時3）繪制如圖15所示的失效時間擬合曲線，基于Arrhenius方程t=τexp(Ea/kBT)，將所得到的溫度和失效時間數據放入（t-1/T）坐標系中，其中縱軸為時間，橫軸為溫度橫坐標85℃位置，對應的縱坐標時間即為樣品的數據保持時間tretention85℃。A.1樣品處理A.2儀器自檢按照圖1所示的設備組網圖搭建好電性能測試系統，并完成主要設備的自檢操作，確保儀器可正常A.3性能測試過程3）在測試儀中得到其I-V曲線，完成直流電流-電壓特性測試；6）測試記錄每次施加脈沖后器件電阻的變化，并畫出電壓-電阻曲線，完成存儲窗口特8）設定信號發生器初始脈沖寬度為40ns，電壓幅值從0V逐漸增加到4V，作用在樣品上；9）測試記錄每次施加脈沖后器件電阻的變化，并畫出電壓-電阻曲線，完成復位電壓特性12）測試記錄每次施加脈沖后器件電阻的變化，并畫出脈沖寬度-電阻曲線，完成復位時間特性測18）測試記錄每次施加脈沖后器件電阻的變化，并畫出脈沖寬度-電阻曲線，完成置位時間特性測A.4可靠性測試過程4）開始計時，同時多次測量樣品的電阻，直至電阻降低至某一數值并且不再發生變化，繪制該溫5）改變溫度，重復上一步驟，獲得不同溫度下樣品電阻隨時間的變化曲線，完成數據保持時間測A.5數據處理A.5.1圖A.1是通過步驟A.3.3）得到的I-V特性曲線，標出其相態轉換點即其閾值，當電態區域選取低阻值RL，計算存儲窗口W。樣品單元在40ns脈沖寬度條件下所對應的最小有效復位脈沖電壓VRES圖A.4幅值為5V下單元阻值與復位脈沖寬度關系曲線在循環到5×104次數時，相變存儲單元的晶體電阻已經發生嚴其經歷的SET和RESET操作次數5×104即為此器件的復位置t=τexp(Ea/kB