專利名稱：一種測量單極性電阻式存儲器工作壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及電子器件工作壽命的測量方法，特別是單極性電阻式存儲器的工作壽命的測量方法。
背景技術(shù)：
電阻式存儲器是利用材料的電阻開關(guān)效應(yīng)原理制成的非揮發(fā)性存儲器，一般由兩層導(dǎo)體中間夾一層絕緣體薄層組成。電阻開關(guān)效應(yīng)是指某些材料的電阻值可以在外加電場的作用下在高低兩種狀態(tài)之間變化，因此可以用于信息的存儲。在沒有外加電場時，這類材料可以保持當(dāng)前的電阻狀態(tài)，因此電阻式存儲器可以用作非揮發(fā)性存儲器，即使在斷電的情況下仍能長時間保存數(shù)據(jù)。由于這類存儲器轉(zhuǎn)換速度快，存儲密度高，與硅集成電路工藝兼容，又具有非揮發(fā)性，因此是應(yīng)用前景很高的下一代存儲器。單極型電阻存儲器的特點期間高低兩種電阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不需要改變工作電壓的極性。對于沒有初始化的單極型電阻開關(guān)存儲器，器件兩端的電阻值非常大。當(dāng)器件兩端施加一個從零開始的由小變大的電壓且超過某一閾值時，電阻開關(guān)存儲器兩端的電阻會突然從高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變，這個變化過程為設(shè)置過程，稱為Set過程。Set過程結(jié)束后， 如果繼續(xù)給器件施加一個從零開始的由小到大的同極性的電壓時，器件仍會保持在低阻狀態(tài)，直到到達某一閾值電壓后突然變回高電阻狀態(tài)，此過程為復(fù)位過程，稱為Reset過程。 顯然，這兩個過程結(jié)束后器件的電阻狀態(tài)都會發(fā)生改變，因此這類存儲器被稱為電阻式存儲器。對應(yīng)這類新的器件，必須測量它的工作壽命以確定這種器件是否可以實用化。由于單極性電阻式存儲器是一種十分新穎的存儲器，因此目前還沒有標準的測試方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種測量單極性電阻式存儲器工作壽命的方法。本發(fā)明提出的測量單極型電阻式存儲器工作壽命的方法，主要分為三個部分控制部分、數(shù)據(jù)采集部分和限流保護部分。其中控制部分為微機及相應(yīng)的控制軟件，它主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集器的控制并把接收的數(shù)據(jù)進行處理和顯示。數(shù)據(jù)采集器主要實現(xiàn)向器件輸出模擬電壓、采集電流信號和向限流保護部分輸出控制信號選擇合適的限流電阻值。由于kt 過程中器件開始處于高電阻狀態(tài)，而一旦翻轉(zhuǎn)后變?yōu)殡娮柚岛苄〉牡妥钁B(tài)，因此Set過程要選擇電阻值較大的限流電阻R以保護器件。相反，在Reset過程中，器件已經(jīng)處于低阻狀態(tài)，要使器件翻轉(zhuǎn)為高阻態(tài)需要流過較大的電流，因此Reset過程中限流電阻的阻值要小。 為此我們采用電子開關(guān)和一組阻值不同的電阻構(gòu)成限流保護電路，用于Set和Reset過程中不同限流電阻之間的切換。本發(fā)明的具體步驟如下
步驟(1)對待測量單極性電阻式存儲器進行Set過程設(shè)置，通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最大的限流保護電阻；所述的電阻組為 4 6個不同電阻阻值限流保護電阻，限流保護電阻的阻值范圍為50 Ω IOK Ω。
步驟( 通過數(shù)據(jù)采集器輸出一個由零開始逐漸變大的電壓^_，同時數(shù)據(jù)采集器把接通的限流保護電阻兩端的電壓Ur輸入微機。步驟(3)當(dāng)微機檢測到Ur出現(xiàn)一個向上跳變時，表明器件已經(jīng)完成Set過程，進入低阻狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟(6)；如果輸出電壓Uout達到IOV時仍檢測不到Uli向上跳變的信號， 表明選擇的限流保護電阻阻值過大，進入步驟G)。步驟(4)通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值第二大的限流保護電阻，重復(fù)步驟(2)和(3)。步驟(5)以此類推，直到電子開關(guān)選擇電阻組中阻值最小的限流保護電阻，重復(fù)步驟(2)和(3)，如果輸出電壓Vwrt達到IOV時仍檢測不到&向上跳變的信號，表明待測量單極性電阻式存儲器已經(jīng)損壞。步驟(6)對單極性電阻式存儲器進行Reset過程設(shè)置，通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最小的限流保護電阻。步驟(7)通過數(shù)據(jù)采集器輸出一個由零開始逐漸變大的電壓^_，同時數(shù)據(jù)采集器把接通的限流保護電阻兩端的電壓Ur輸入微機。步驟(8)當(dāng)微機檢測到&出現(xiàn)一個向下跳變時，表明器件已經(jīng)完成Reset過程，進入高阻狀態(tài)，返回步驟(1)；如果輸出電壓Uout達到IOV時仍檢測不到Uli向下跳變的信號， 表明選擇的限流保護電阻阻值過小，進入步驟(9)。步驟(9)通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值第二小的限流保護電阻，重復(fù)步驟(7)和(8)。步驟(10)以此類推，直到電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最大的限流保護電阻， 重復(fù)步驟⑵和(8)，如果輸出電壓Ii達到IOV時仍檢測不到&向下跳變的信號，表明待測量單極性電阻式存儲器已經(jīng)損壞。步驟(11)統(tǒng)計待測量單極性電阻式存儲器至損壞時的Set過程的總次數(shù)n，即為單極性電阻式存儲器的工作壽命。從器件的電流電壓特性可以看出，要判斷器件經(jīng)過Set或Reset后是否損壞，我們只要觀測Set和Reset過程中是否有跳變信號就可以了。即從零開始增加電壓，如果在Set 過程中能夠觀測到向上的跳變信號或者在Reset過程中觀測到向下的跳變信號，表明器件沒有損壞，否則就表明器件已經(jīng)損壞。本方法通過簡單的方法，實現(xiàn)了對單極性電阻存儲器特性及工作壽命的測試。
具體實施例方式一種測量單極性電阻式存儲器工作壽命的方法，具體步驟如下
步驟(1)對待測量單極性電阻式存儲器進行Set過程設(shè)置，通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最大的限流保護電阻；所述的電阻組為 4 6個不同電阻阻值限流保護電阻，限流保護電阻的阻值范圍為50 Ω IOK Ω。步驟( 通過數(shù)據(jù)采集器輸出一個由零開始逐漸變大的電壓^_，同時數(shù)據(jù)采集器把接通的限流保護電阻兩端的電壓Ur輸入微機。步驟(3)當(dāng)微機檢測到Ur出現(xiàn)一個向上跳變時，表明器件已經(jīng)完成Set過程，進入低阻狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟(6)；如果輸出電壓Uout達到IOV時仍檢測不到Ur向上跳變的信號，表明選擇的限流保護電阻阻值過大，進入步驟G)。步驟(4)通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值第二大的限流保護電阻，重復(fù)步驟(2)和(3)。步驟(5)以此類推，直到電子開關(guān)選擇電阻組中阻值最小的限流保護電阻，重復(fù)步驟(2)和(3)，如果輸出電壓Vwrt達到IOV時仍檢測不到&向上跳變的信號，表明待測量單極性電阻式存儲器已經(jīng)損壞。步驟(6)對單極性電阻式存儲器進行Reset過程設(shè)置，通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最小的限流保護電阻。步驟(7)通過數(shù)據(jù)采集器輸出一個由零開始逐漸變大的電壓^_，同時數(shù)據(jù)采集器把接通的限流保護電阻兩端的電壓Ur輸入微機。步驟(8)當(dāng)微機檢測到&出現(xiàn)一個向下跳變時，表明器件已經(jīng)完成Reset過程，進入高阻狀態(tài)，返回步驟(1)；如果輸出電壓Uout達到IOV時仍檢測不到Uli向下跳變的信號， 表明選擇的限流保護電阻阻值過小，進入步驟(9)。步驟(9)通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值第二小的限流保護電阻，重復(fù)步驟(7)和(8)。步驟(10)以此類推，直到電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最大的限流保護電阻， 重復(fù)步驟⑵和(8)，如果輸出電壓Ii達到IOV時仍檢測不到&向下跳變的信號，表明待測量單極性電阻式存儲器已經(jīng)損壞。步驟(11)統(tǒng)計待測量單極性電阻式存儲器至損壞時的Set過程的總次數(shù)n，即為單極性電阻式存儲器的工作壽命。按照該方法測量Al/ZnO/Al (Bi2O3厚度為52nm)電阻式存儲器的工作壽命數(shù)據(jù)采集器選用阿爾法泰公司的USB2813A，它提供了所需的模擬量輸入和模擬量輸出接口以及控制電子開關(guān)的數(shù)字接口。電子開關(guān)芯片采用Analog Devices公司的ADG706，它最多可以選擇6個不同的電阻以適應(yīng)Set和Reset過程需要不同阻值的限流電阻的要求。本實例中的限流電阻共有4檔，阻值分別為50Ω、200Ω、2ΚΩ和10ΚΩ。實際測得該電阻式存儲器的 Set電壓為2.觀伏，Reset電壓為1. 65伏，在破壞性測試過程中，該器件重復(fù)測試了 17沈87 次后損壞。按照該方法測量Au/Bi203/Au (Bi2O3厚度為37nm)電阻式存儲器的工作壽命數(shù)據(jù)采集器選用阿爾法泰公司的USB2813A，它提供了所需的模擬量輸入和模擬量輸出接口以及控制電子開關(guān)的數(shù)字接口。電子開關(guān)芯片采用Analog Devices公司的ADG706，它可以選擇6個不同的電阻以適應(yīng)Set和Reset過程需要不同阻值的限流電阻的要求。本實例中的限流電阻共有6檔，阻值分別為50 Ω、100 Ω、200 Ω、lkQ、I Ω和IOK Ω。實際測得該電阻式存儲器的Set電壓為1. 89伏，Reset電壓為0. 99伏，在破壞性測試過程中，該器件重復(fù)測試了 814 次后損壞。
權(quán)利要求
1. 一種測量單極性電阻式存儲器工作壽命的方法，其特征在于該方法的具體步驟是 步驟(1)對待測量單極性電阻式存儲器進行Set過程設(shè)置，通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最大的限流保護電阻；所述的電阻組為4 6 個不同電阻阻值限流保護電阻，限流保護電阻的阻值范圍為50Ω 10ΚΩ ；步驟( 通過數(shù)據(jù)采集器輸出一個由零開始逐漸變大的電壓Vwi，同時數(shù)據(jù)采集器把接通的限流保護電阻兩端的電壓&輸入微機；步驟(3)當(dāng)微機檢測到&出現(xiàn)一個向上跳變時，表明器件已經(jīng)完成Set過程，進入低阻狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟(6)；如果輸出電壓Li達到IOV時仍檢測不到&向上跳變的信號，表明選擇的限流保護電阻阻值過大，進入步驟；步驟(4)通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值第二大的限流保護電阻，重復(fù)步驟(2)和(3)；步驟(5)以此類推，直到電子開關(guān)選擇電阻組中阻值最小的限流保護電阻，重復(fù)步驟 ⑵和(3)，如果輸出電壓Ii達到IOV時仍檢測不到&向上跳變的信號，表明待測量單極性電阻式存儲器已經(jīng)損壞；步驟(6)對單極性電阻式存儲器進行Reset過程設(shè)置，通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最小的限流保護電阻；步驟(7)通過數(shù)據(jù)采集器輸出一個由零開始逐漸變大的電壓，同時數(shù)據(jù)采集器把接通的限流保護電阻兩端的電壓&輸入微機；步驟(8)當(dāng)微機檢測到&出現(xiàn)一個向下跳變時，表明器件已經(jīng)完成Reset過程，進入高阻狀態(tài)，返回步驟⑴；如果輸出電壓Ii達到IOV時仍檢測不到&向下跳變的信號，表明選擇的限流保護電阻阻值過小，進入步驟(9)；步驟(9)通過數(shù)據(jù)采集器輸出控制信號給電子開關(guān)，電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值第二小的限流保護電阻，重復(fù)步驟(7)和(8)；步驟(10)以此類推，直到電子開關(guān)選擇接通電阻組中阻值最大的限流保護電阻，重復(fù)步驟⑵和(8)，如果輸出電壓Vwrt達到IOV時仍檢測不到&向下跳變的信號，表明待測量單極性電阻式存儲器已經(jīng)損壞；步驟(11)統(tǒng)計待測量單極性電阻式存儲器至損壞時的Set過程的總次數(shù)n，即為單極性電阻式存儲器的工作壽命。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量單極性電阻式存儲器工作壽命的方法。目前還沒有測試單極性電阻式存儲器工作壽命的方法。本發(fā)明方法通過判斷單極性電阻式存儲器經(jīng)過Set或Reset過程后是否損壞來實現(xiàn)。具體是觀測單極性電阻式存儲器在Set或Reset過程中是否有跳變信號，從零開始增加電壓，如果在Set過程中能夠觀測到向上的跳變信號或者在Reset過程中觀測到向下的跳變信號，表明器件沒有損壞，否則就表明器件已經(jīng)損壞。循環(huán)進行Set或Reset過程，統(tǒng)計損壞前的Set過程的總次數(shù)，即為單極性電阻式存儲器的工作壽命。本方法通過簡單的方法，實現(xiàn)了對單極性電阻存儲器特性及工作壽命的測試。
文檔編號G11C29/00GK102243895SQ20111010201
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者姚躍騰, 季振國, 席俊華, 張爾攀 申請人:杭州電子科技大學(xué)