专利名称：一种测量单极性电阻式存储器工作寿命的方法
技术领域：
本发明属于检测技术领域，涉及电子器件工作寿命的测量方法，特别是单极性电阻式存储器的工作寿命的测量方法。
背景技术：
电阻式存储器是利用材料的电阻开关效应原理制成的非挥发性存储器，一般由两层导体中间夹一层绝缘体薄层组成。电阻开关效应是指某些材料的电阻值可以在外加电场的作用下在高低两种状态之间变化，因此可以用于信息的存储。在没有外加电场时，这类材料可以保持当前的电阻状态，因此电阻式存储器可以用作非挥发性存储器，即使在断电的情况下仍能长时间保存数据。由于这类存储器转换速度快，存储密度高，与硅集成电路工艺兼容，又具有非挥发性，因此是应用前景很高的下一代存储器。单极型电阻存储器的特点期间高低两种电阻状态的转换不需要改变工作电压的极性。对于没有初始化的单极型电阻开关存储器，器件两端的电阻值非常大。当器件两端施加一个从零开始的由小变大的电压且超过某一阈值时，电阻开关存储器两端的电阻会突然从高阻态向低阻态转变，这个变化过程为设置过程，称为Set过程。Set过程结束后， 如果继续给器件施加一个从零开始的由小到大的同极性的电压时，器件仍会保持在低阻状态，直到到达某一阈值电压后突然变回高电阻状态，此过程为复位过程，称为Reset过程。 显然，这两个过程结束后器件的电阻状态都会发生改变，因此这类存储器被称为电阻式存储器。对应这类新的器件，必须测量它的工作寿命以确定这种器件是否可以实用化。由于单极性电阻式存储器是一种十分新颖的存储器，因此目前还没有标准的测试方法。
发明内容
本发明的目的就是提出一种测量单极性电阻式存储器工作寿命的方法。本发明提出的测量单极型电阻式存储器工作寿命的方法，主要分为三个部分控制部分、数据采集部分和限流保护部分。其中控制部分为微机及相应的控制软件，它主要实现对数据采集器的控制并把接收的数据进行处理和显示。数据采集器主要实现向器件输出模拟电压、采集电流信号和向限流保护部分输出控制信号选择合适的限流电阻值。由于kt 过程中器件开始处于高电阻状态，而一旦翻转后变为电阻值很小的低阻态，因此Set过程要选择电阻值较大的限流电阻R以保护器件。相反，在Reset过程中，器件已经处于低阻状态，要使器件翻转为高阻态需要流过较大的电流，因此Reset过程中限流电阻的阻值要小。 为此我们采用电子开关和一组阻值不同的电阻构成限流保护电路，用于Set和Reset过程中不同限流电阻之间的切换。本发明的具体步骤如下
步骤(1)对待测量单极性电阻式存储器进行Set过程设置，通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值最大的限流保护电阻；所述的电阻组为 4 6个不同电阻阻值限流保护电阻，限流保护电阻的阻值范围为50 Ω IOK Ω。
步骤( 通过数据采集器输出一个由零开始逐渐变大的电压^_，同时数据采集器把接通的限流保护电阻两端的电压Ur输入微机。步骤(3)当微机检测到Ur出现一个向上跳变时，表明器件已经完成Set过程，进入低阻状态，转入步骤(6)；如果输出电压Uout达到IOV时仍检测不到Uli向上跳变的信号， 表明选择的限流保护电阻阻值过大，进入步骤G)。步骤(4)通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值第二大的限流保护电阻，重复步骤(2)和(3)。步骤(5)以此类推，直到电子开关选择电阻组中阻值最小的限流保护电阻，重复步骤(2)和(3)，如果输出电压Vwrt达到IOV时仍检测不到&向上跳变的信号，表明待测量单极性电阻式存储器已经损坏。步骤(6)对单极性电阻式存储器进行Reset过程设置，通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值最小的限流保护电阻。步骤(7)通过数据采集器输出一个由零开始逐渐变大的电压^_，同时数据采集器把接通的限流保护电阻两端的电压Ur输入微机。步骤(8)当微机检测到&出现一个向下跳变时，表明器件已经完成Reset过程，进入高阻状态，返回步骤(1)；如果输出电压Uout达到IOV时仍检测不到Uli向下跳变的信号， 表明选择的限流保护电阻阻值过小，进入步骤(9)。步骤(9)通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值第二小的限流保护电阻，重复步骤(7)和(8)。步骤(10)以此类推，直到电子开关选择接通电阻组中阻值最大的限流保护电阻， 重复步骤⑵和(8)，如果输出电压Ii达到IOV时仍检测不到&向下跳变的信号，表明待测量单极性电阻式存储器已经损坏。步骤(11)统计待测量单极性电阻式存储器至损坏时的Set过程的总次数n，即为单极性电阻式存储器的工作寿命。从器件的电流电压特性可以看出，要判断器件经过Set或Reset后是否损坏，我们只要观测Set和Reset过程中是否有跳变信号就可以了。即从零开始增加电压，如果在Set 过程中能够观测到向上的跳变信号或者在Reset过程中观测到向下的跳变信号，表明器件没有损坏，否则就表明器件已经损坏。本方法通过简单的方法，实现了对单极性电阻存储器特性及工作寿命的测试。
具体实施例方式一种测量单极性电阻式存储器工作寿命的方法，具体步骤如下
步骤(1)对待测量单极性电阻式存储器进行Set过程设置，通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值最大的限流保护电阻；所述的电阻组为 4 6个不同电阻阻值限流保护电阻，限流保护电阻的阻值范围为50 Ω IOK Ω。步骤( 通过数据采集器输出一个由零开始逐渐变大的电压^_，同时数据采集器把接通的限流保护电阻两端的电压Ur输入微机。步骤(3)当微机检测到Ur出现一个向上跳变时，表明器件已经完成Set过程，进入低阻状态，转入步骤(6)；如果输出电压Uout达到IOV时仍检测不到Ur向上跳变的信号，表明选择的限流保护电阻阻值过大，进入步骤G)。步骤(4)通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值第二大的限流保护电阻，重复步骤(2)和(3)。步骤(5)以此类推，直到电子开关选择电阻组中阻值最小的限流保护电阻，重复步骤(2)和(3)，如果输出电压Vwrt达到IOV时仍检测不到&向上跳变的信号，表明待测量单极性电阻式存储器已经损坏。步骤(6)对单极性电阻式存储器进行Reset过程设置，通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值最小的限流保护电阻。步骤(7)通过数据采集器输出一个由零开始逐渐变大的电压^_，同时数据采集器把接通的限流保护电阻两端的电压Ur输入微机。步骤(8)当微机检测到&出现一个向下跳变时，表明器件已经完成Reset过程，进入高阻状态，返回步骤(1)；如果输出电压Uout达到IOV时仍检测不到Uli向下跳变的信号， 表明选择的限流保护电阻阻值过小，进入步骤(9)。步骤(9)通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值第二小的限流保护电阻，重复步骤(7)和(8)。步骤(10)以此类推，直到电子开关选择接通电阻组中阻值最大的限流保护电阻， 重复步骤⑵和(8)，如果输出电压Ii达到IOV时仍检测不到&向下跳变的信号，表明待测量单极性电阻式存储器已经损坏。步骤(11)统计待测量单极性电阻式存储器至损坏时的Set过程的总次数n，即为单极性电阻式存储器的工作寿命。按照该方法测量Al/ZnO/Al (Bi2O3厚度为52nm)电阻式存储器的工作寿命数据采集器选用阿尔法泰公司的USB2813A，它提供了所需的模拟量输入和模拟量输出接口以及控制电子开关的数字接口。电子开关芯片采用Analog Devices公司的ADG706，它最多可以选择6个不同的电阻以适应Set和Reset过程需要不同阻值的限流电阻的要求。本实例中的限流电阻共有4档，阻值分别为50Ω、200Ω、2ΚΩ和10ΚΩ。实际测得该电阻式存储器的 Set电压为2.观伏，Reset电压为1. 65伏，在破坏性测试过程中，该器件重复测试了 17沈87 次后损坏。按照该方法测量Au/Bi203/Au (Bi2O3厚度为37nm)电阻式存储器的工作寿命数据采集器选用阿尔法泰公司的USB2813A，它提供了所需的模拟量输入和模拟量输出接口以及控制电子开关的数字接口。电子开关芯片采用Analog Devices公司的ADG706，它可以选择6个不同的电阻以适应Set和Reset过程需要不同阻值的限流电阻的要求。本实例中的限流电阻共有6档，阻值分别为50 Ω、100 Ω、200 Ω、lkQ、I Ω和IOK Ω。实际测得该电阻式存储器的Set电压为1. 89伏，Reset电压为0. 99伏，在破坏性测试过程中，该器件重复测试了 814 次后损坏。
权利要求
1. 一种测量单极性电阻式存储器工作寿命的方法，其特征在于该方法的具体步骤是 步骤(1)对待测量单极性电阻式存储器进行Set过程设置，通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值最大的限流保护电阻；所述的电阻组为4 6 个不同电阻阻值限流保护电阻，限流保护电阻的阻值范围为50Ω 10ΚΩ ；步骤( 通过数据采集器输出一个由零开始逐渐变大的电压Vwi，同时数据采集器把接通的限流保护电阻两端的电压&输入微机；步骤(3)当微机检测到&出现一个向上跳变时，表明器件已经完成Set过程，进入低阻状态，转入步骤(6)；如果输出电压Li达到IOV时仍检测不到&向上跳变的信号，表明选择的限流保护电阻阻值过大，进入步骤；步骤(4)通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值第二大的限流保护电阻，重复步骤(2)和(3)；步骤(5)以此类推，直到电子开关选择电阻组中阻值最小的限流保护电阻，重复步骤 ⑵和(3)，如果输出电压Ii达到IOV时仍检测不到&向上跳变的信号，表明待测量单极性电阻式存储器已经损坏；步骤(6)对单极性电阻式存储器进行Reset过程设置，通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值最小的限流保护电阻；步骤(7)通过数据采集器输出一个由零开始逐渐变大的电压，同时数据采集器把接通的限流保护电阻两端的电压&输入微机；步骤(8)当微机检测到&出现一个向下跳变时，表明器件已经完成Reset过程，进入高阻状态，返回步骤⑴；如果输出电压Ii达到IOV时仍检测不到&向下跳变的信号，表明选择的限流保护电阻阻值过小，进入步骤(9)；步骤(9)通过数据采集器输出控制信号给电子开关，电子开关选择接通电阻组中阻值第二小的限流保护电阻，重复步骤(7)和(8)；步骤(10)以此类推，直到电子开关选择接通电阻组中阻值最大的限流保护电阻，重复步骤⑵和(8)，如果输出电压Vwrt达到IOV时仍检测不到&向下跳变的信号，表明待测量单极性电阻式存储器已经损坏；步骤(11)统计待测量单极性电阻式存储器至损坏时的Set过程的总次数n，即为单极性电阻式存储器的工作寿命。
全文摘要
本发明涉及一种测量单极性电阻式存储器工作寿命的方法。目前还没有测试单极性电阻式存储器工作寿命的方法。本发明方法通过判断单极性电阻式存储器经过Set或Reset过程后是否损坏来实现。具体是观测单极性电阻式存储器在Set或Reset过程中是否有跳变信号，从零开始增加电压，如果在Set过程中能够观测到向上的跳变信号或者在Reset过程中观测到向下的跳变信号，表明器件没有损坏，否则就表明器件已经损坏。循环进行Set或Reset过程，统计损坏前的Set过程的总次数，即为单极性电阻式存储器的工作寿命。本方法通过简单的方法，实现了对单极性电阻存储器特性及工作寿命的测试。
文档编号G11C29/00GK102243895SQ20111010201
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者姚跃腾, 季振国, 席俊华, 张尔攀 申请人:杭州电子科技大学