本发明涉及集成电路测试领域，特别是涉及一种优选相变存储器写操作电流的系统及方法。
背景技术：
相变存储器是一种新型的非易失性存储器，具有读写速度快、兼容cmos工艺、高密度等特点。相变存储器的核心是以硫系化合物为基础的相变材料，相变材料在非晶态与晶态呈现出不同的阻值，并且存在较大的电阻差异，其中单元器件的阻值差异可以到2-3量级。相变存储器的基本工作原理是在相变器件单元两端施加不同的脉冲，使得相变材料在非晶态与晶态之间转化实现写、擦操作，同时通过欧姆定律原理量取其阻值实现读操作。
相变存储器属于电流操作型器件，对于相变存储器：实现单元数据‘0’和‘1’的切换以及单元数据的读出靠的是相应的操作电流。相变存储器的写操作(reset)，即写‘0’操作，是将相变单元操作到高阻态(reset态)。所述写操作是将写电流施加给相变材料，通过加热电极使电能转变为热能，使相变材料温度升高到熔化温度以上，经过快速淬火过程，最终导致相变材料晶态的长程有序遭到破坏，实现相变材料从晶态到非晶态的转变。写操作使相变单元最终处于高阻区，实现‘0’的存储。擦操作(set)，即写‘1’操作，是将相变单元操作到低阻态(set态)。所述擦操作是对相变材料施加一个适当幅度且持续较长时间的电脉冲，使相变材料温度升高到结晶温度与熔化温度之间并维持电脉冲宽度大于结晶感应时间，确保相变材料在足够时间内充分结晶。可见，操作电流是相变存储器的一个重要参数，对芯片的整体性能有很重要的影响。写操作电流是一个相对较大的电流，选择合适的写操作电流的值，既能实现芯片的写操作、保证芯片的良率，又避免了多余了电流消耗，降低了芯片的功耗。
传统写操作电流的确定方法是从宏观角度出发，根据写操作后单元的阻值来确定。具体方法为：先选定一个reset电流，通过写操作后，测试芯片的电阻分布，并最终确定写操作电流的数值；在电阻分布一致时，相变电阻处于高阻区，电阻分布没有出现尾部区，即可认为该电流可以进行写操作。可见，传统方法只能从电阻分布进行区分，但电阻分布的精度低；而且对于电阻分布相同，reset电流不同的情况，传统方法则难以适用，无法获取最佳写操作电流，从而导致通过传统方法筛选出的写操作电流会存在对相变单元的过操作情况，降低了相变存储器的疲劳可靠性、数据保持力，以致在一些需要准确控制功耗、芯片工作参数的环境下，传统方法无法达到要求。
鉴于此，有必要设计一种新的优选相变存储器写操作电流的系统及方法用以解决上述技术问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种优选相变存储器写操作电流的系统及方法，用于解决现有方法存在精度不够以致无法筛选出最优写操作电流，从而导致相变存储器出现过操作、功耗高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种优选相变存储器写操作电流的方法，所述方法包括：
设定所述相变存储器的最小写操作电流、最大写操作电流及写操作电流变化步长，并从所述相变存储器中选取若干待操作单元；
基于所述写操作电流变化步长对写操作电流进行调节，使所述写操作电流由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流；在每次获取所述写操作电流后，基于所述写操作电流对所述待操作单元进行写操作，并在写操作结束后，对所述待操作单元进行电学测试，获取与所述写操作电流对应的电阻数据及v-i特性曲线；其中，每次对所述待操作单元进行写操作之前，还包括基于相同预设擦参数对所述待操作单元进行擦操作；
对不同所述写操作电流对应的电阻数据进行统计分析，筛选出使所述待操作单元成功进行写操作的真写操作电流；并对所述真写操作电流对应的v-i特性曲线进行拟合，获取所述真写操作电流对应的亚阈值斜率；以及
对获取的所述亚阈值斜率进行统计分析，获取所述相变存储器的最优写操作电流。
可选地，根据所述相变存储器的最小初始写操作电流及最大初始写操作电流设置所述最小写操作电流及最大写操作电流，其中，所述最小写操作电流小于所述最小初始写操作电流，所述最大写操作电流大于所述最大初始写操作电流。
可选地，获取v-i特性曲线的方法包括：设定扫描电压，并基于所述扫描电压对所述待操作单元进行v-i扫描测试，以获取v-i特性曲线；其中，所述扫描电压小于所述相变存储器发生相变的阈值电压。
可选地，筛选所述真写操作电流的方法包括：对不同所述写操作电流对应的电阻数据进行统计，并基于参考电阻对各电阻数据进行筛选，以将大于所述参考电阻的电阻数据所对应的写操作电流作为所述真写操作电流。
可选地，获取所述亚阈值斜率的方法包括：对所述v-i特性曲线中的电流值进行取log操作，以获取所述真写操作电流对应的亚阈值斜率。
可选地，获取所述相变存储器的最优写操作电流的方法包括：对所述亚阈值斜率进行统计分析，筛选出亚阈值斜率变化趋于饱和时所对应的真写操作电流，以作为所述相变存储器的最优写操作电流。
本发明还提供了一种优选相变存储器写操作电流的系统，所述系统包括：主控模块、参数设置模块、切换模块、信号采集模块、参数测量模块及数据处理模块，所述主控模块与所述参数设置模块、所述切换模块及所述数据处理模块连接，所述参数设置模块与所述切换模块连接，所述切换模块与所述信号采集模块及所述参数测量模块连接，所述参数测量模块与所述主控模块连接；其中，
所述主控模块用于控制所述切换模块，以实现所述信号采集模块与所述参数设置模块连接或所述信号采集模块与所述参数测量模块连接；在所述信号采集模块与所述参数设置模块连接时，用于控制所述参数设置模块依次产生地址信号、擦操作电流及写操作电流，其中，每次产生的所述写操作电流以所述写操作电流变化步长为变化量由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流；在所述信号采集模块与所述参数测量模块连接时，用于将所述参数测量模块获取的电阻数据及v-i特征曲线传输至所述数据处理模块；
所述参数设置模块用于在所述主控模块的控制下，依次产生地址信号、擦操作电流及写操作电流并传输至所述信号采集模块，其中，每次输出的所述写操作电流以所述写操作电流变化步长为变化量由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流；
所述切换模块用于在所述主控模块的控制下，实现所述信号采集模块与所述参数设置模块连接或所述信号采集模块与所述参数测量模块连接；
所述信号采集模块用于根据所述参数设置模块依次输出的地址信号、擦操作电流及写操作电流，从相变存储器中选定若干待操作单元，并对所述待操作单元依次进行擦操作及写操作；
所述参数测量模块通过所述信号采集模块对所述相变存储器进行电学测试，获取与各所述写操作电流对应的电阻数据及v-i特性曲线，并将电阻数据及v-i特性曲线通过主控模块传输至数据处理模块；以及
所述数据处理模块用于对各所述写操作电流对应的电阻数据进行统计分析，筛选出使所述待操作单元成功进行写操作的真写操作电流；并对各所述真写操作电流对应的v-i特性曲线进行拟合，获取各所述真写操作电流对应的亚阈值斜率；及对获取的所述亚阈值斜率进行统计分析，获取所述相变存储器的最优写操作电流。
可选地，所述参数设置模块包括分别连接于所述主控模块及所述切换模块之间的地址选择单元及脉冲信号发生单元；其中，
所述地址选择单元用于在所述主控模块的控制下，向所述信号采集模块输出地址信号；及
所述脉冲信号发生单元用于在所述主控模块的控制下，依次向所述信号采集模块输出擦操作电流及写操作电流，其中，每次输出的所述写操作电流以所述写操作电流变化步长为变化量由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流。
如上所述，本发明的优选相变存储器写操作电流的系统及方法，具有以下有益效果：
通过本发明所述系统及方法，可实现对相变存储器写操作电流的优选，大大增加了写操作电流筛选的精度；减少不必要的reset操作功耗的同时，又保证了写操作的效果；更能避免过操作对相变存储器疲劳可靠性的影响，保证了相变存储器的高温耐久性和读耐久性，延长了相变存储器的使用寿命。
本发明所述方法从微观角度出发，具有操作简便、筛选精度高、测试成本低、对芯片无损害等优点，可用于精确确定量产芯片最适合的写操作电流参数，提高芯片的性能。
附图说明
图1显示为本发明所述方法的流程示意图。
图2显示为本发明所述系统的结构框图。
图3显示为通过本发明所述方法对相变存储器进行写操作电流优化时，不同真写操作电流对应的亚阈值斜率分布图。
图4显示为通过本发明所述方法对相变存储器进行写操作电流优化时，不同真写操作电流对应的电阻数据分布图。
元件标号说明
100主控模块
200参数设置模块
201地址选择单元
202脉冲信号发生单元
300切换模块
400信号采集模块
500参数测量模块
600数据处理模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种优选相变存储器写操作电流的方法，所述方法包括：
步骤一：设定所述相变存储器的最小写操作电流、最大写操作电流及写操作电流变化步长，并从所述相变存储器中选取若干待操作单元；
步骤二：基于所述写操作电流变化步长对写操作电流进行调节，使所述写操作电流由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流；在每次获取所述写操作电流后，基于所述写操作电流对所述待操作单元进行写操作，并在写操作结束后，对所述待操作单元进行电学测试，获取与所述写操作电流对应的电阻数据及v-i特性曲线；其中，每次对所述待操作单元进行写操作之前，还包括基于相同预设擦参数对所述待操作单元进行擦操作；
步骤三：对不同所述写操作电流对应的电阻数据进行统计分析，筛选出使所述待操作单元成功进行写操作的真写操作电流；并对所述真写操作电流对应的v-i特性曲线进行拟合，获取所述真写操作电流对应的亚阈值斜率；以及
步骤四：对获取的所述亚阈值斜率进行统计分析，获取所述相变存储器的最优写操作电流。
作为示例，在步骤一中，根据所述相变存储器的最小初始写操作电流iinimin及最大初始写操作电流iinimax设置所述最小写操作电流imin及最大写操作电流imax，其中，所述最小写操作电流imin小于所述最小初始写操作电流iinimin，所述最大写操作电流imax大于所述最大初始写操作电流iinimax。需要注意的是，此处所述最小初始写操作电流iinimin及最大初始写操作电流iinimax是指相变存储器出厂时规定的最小出厂写操作电流及最大出厂写操作电流；所述最小写操作电流imin及所述最大写操作电流imax的设置必须确保所述相变存储器在给定电流范围内能够正常工作。
作为示例，在步骤一中，所述写操作电流变化步长isetp与所述写操作电流的优化精度相关，其中，所述写操作电流变化步长isetp越小，所述写操作电流的优化精度越高，所述写操作电流变化步长isetp越大，所述写操作电流的优化精度越低；因此，本实施例中，为了确保所述写操作电流的优化精度，所述写操作电流变化步长isetp的设置应尽量小。
作为示例，在步骤二中，获取v-i特性曲线的方法包括：设定扫描电压，并基于所述扫描电压对所述待操作单元进行v-i扫描测试，以获取v-i特性曲线；其中，所述扫描电压小于所述相变存储器发生相变的阈值电压。
作为示例，在步骤二中，每次对所述待操作单元进行写操作之前，还包括基于相同预设擦参数对所述待操作单元进行擦操作，以使所述待操作单元每次进行写操作之前，其相变材料的状态都是相同的，以确保后续量测的精确度。需要注意的是，所述预设擦参数包括擦操作电流脉冲的宽度及擦操作电流脉冲的高度，即通过确定预设擦参数，即可确定擦操作电流。
作为示例，在步骤三中，筛选所述真写操作电流的方法包括：对不同所述写操作电流对应的电阻数据进行统计，并基于参考电阻对各电阻数据进行筛选，以将大于所述参考电阻的电阻数据所对应的写操作电流作为所述真写操作电流。需要注意的是，所述参考电阻为相变存储器处于高阻态时的电阻，通常为106以上。
作为示例，在步骤三中，获取所述亚阈值斜率的方法包括：对所述v-i特性曲线中的电流值进行取log操作，将得到的v-log(i)特性曲线作为所述真写操作电流对应的亚阈值斜率。
作为示例，在步骤四中，获取所述相变存储器的最优写操作电流的方法包括：对所述亚阈值斜率进行统计分析，筛选出亚阈值斜率变化趋于饱和时所对应的真写操作电流，以作为所述相变存储器的最优写操作电流。
需要说明的是，本实施例所述方法从相变存储单元的微观结构角度出发，利用载流子输运机理和宏观电学特性的联系对相变材料在写操作下的微观现象进行表征，从而筛选出相变存储器的最优写操作电流。具体原理为：相变存储单元在幅度不同的写操作电流作用下，其非晶态材料的内部缺陷密度不同，故在一定电场作用下电子跃迁产生的电流也就不同，从而导致宏观电压电流(v-i)特性不同；而通过量测相变存储单元写操作后其非晶态下的v-i特性曲线，并对v-i特性曲线进行拟合，对得到亚阈值斜率sts进行统计分析，即可获取相变存储器的最优写操作电流。
如图2所示，本实施例还提供了一种优选相变存储器写操作电流的系统，所述系统包括：主控模块100、参数设置模块200、切换模块300、信号采集模块400、参数测量模块500及数据处理模块600，所述主控模块100与所述参数设置模块200、所述切换模块300及所述数据处理模块600连接，所述参数设置模块200与所述切换模块300连接，所述切换模块300与所述信号采集模块400及所述参数测量模块500连接，所述参数测量模块500与所述主控模块100连接；其中，
所述主控模块100用于控制所述切换模块300，以实现所述信号采集模块400与所述参数设置模块200连接或所述信号采集模块400与所述参数测量模块500连接；在所述信号采集模块400与所述参数设置模块200连接时，用于控制所述参数设置模块200依次产生地址信号、擦操作电流及写操作电流，其中，每次产生的所述写操作电流以所述写操作电流变化步长为变化量由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流；在所述信号采集模块400与所述参数测量模块500连接时，用于将所述参数测量模块500获取的电阻数据及v-i特征曲线传输至所述数据处理模块600；
所述参数设置模块200用于在所述主控模块100的控制下，依次产生地址信号、擦操作电流及写操作电流并传输至所述信号采集模块400，其中，每次输出的所述写操作电流以所述写操作电流变化步长为变化量由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流；
所述切换模块300用于在所述主控模块100的控制下，实现所述信号采集模块400与所述参数设置模块200连接或所述信号采集模块400与所述参数测量模块500连接；
所述信号采集模块400用于根据所述参数设置模块200依次输出的地址信号、擦操作电流及写操作电流，从相变存储器中选定若干待操作单元，并对所述待操作单元依次进行擦操作及写操作；
所述参数测量模块500通过所述信号采集模块400对所述相变存储器进行电学测试，获取与各所述写操作电流对应的电阻数据及v-i特性曲线，并将电阻数据及v-i特性曲线通过主控模块100传输至数据处理模块600；以及
所述数据处理模块600用于对各所述写操作电流对应的电阻数据进行统计分析，筛选出使所述待操作单元成功进行写操作的真写操作电流；并对各所述真写操作电流对应的v-i特性曲线进行拟合，获取各所述真写操作电流对应的亚阈值斜率；及对获取的所述亚阈值斜率进行统计分析，获取所述相变存储器的最优写操作电流。
作为示例，所述主控模块100包括计算机；所述信号采集模块400包括一高精度微控探针台，通过探针使放置在所述探针台上的相变存储器与整个测试系统进行通信。
作为示例，如图2所示，所述参数设置模块200包括分别连接于所述主控模块100及所述切换模块300之间的地址选择单元201及脉冲信号发生单元202；其中，
所述地址选择单元201用于在所述主控模块100的控制下，向所述信号采集模块400输出地址信号；及
所述脉冲信号发生单元202用于在所述主控模块100的控制下，依次向所述信号采集模块400输出擦操作电流及写操作电流，其中，每次输出的所述写操作电流以所述写操作电流变化步长为变化量由所述最小写操作电流依次增大至所述最大写操作电流。
下面请参阅图1至图4，结合本实施例所述优选相变存储器写操作电流的系统对本实施例所述优选相变存储器写操作电流的方法进行详细说明。
在进行测试前，需要先将待测相变存储器(4m相变存储器)放置在所述探针台上，并通过将探针与待测相变存储器相应pad电连接，实现待测相变存储器与整个测试系统的通信，完成硬件连接后进行相应测试，具体如下：
1)根据待测相变存储器的出厂参数，设定所述待测相变存储器的最小写操作电流imin、最大写操作电流imax及写操作电流变化步长istep。
2)通过所述主控模块100控制所述切换模块300，使得所述信号采集模块400与所述参数设置模块200连接，并通过所述主控模块100控制所述地址选择单元201产生一地址信号输出至所述信号采集模块400，以从所述待测相变存储器中选定若干待操作单元。
3)通过所述主控模块100控制所述脉冲信号发生单元202产生一擦操作电流，以对所述待操作单元进行擦操作，使所述待操作单元变为晶态(低阻态)。
4)通过所述主控模块100控制所述脉冲信号发生单元202产生一写操作电流，以对所述待操作单元进行写操作；此时，所述写操作电流为最小写操作电流imin。
5)通过所述主控模块100控制所述切换模块300，使得所述信号采集模块400与所述参数测量模块500连接，并通过参数测量模块500对所述待操作单元进行电学测试，以先后获取最小写操作电流imin对应的电阻数据及v-i特性曲线；并通过主控模块100将所述最小写操作电流imin对应的电阻数据及v-i特性曲线传输至数据处理模块600。
6)通过所述主控模块100控制所述切换模块300，使得所述信号采集模块400与所述参数设置模块200连接，并通过所述主控模块100控制所述脉冲信号发生单元202产生一擦操作电流，以对所述待操作单元进行擦操作，使所述待操作单元变为晶态(低阻态)。
7)通过所述主控模块100控制所述脉冲信号发生单元202产生一写操作电流，以对所述待操作单元进行写操作，其中，所述写操作电流为在原有基础上增加一个写操作电流变化步长istep；
8)通过所述主控模块100控制所述切换模块300，使得所述信号采集模块400与所述参数测量模块500连接，并通过参数测量模块500对所述待操作单元进行电学测试，以先后获取写操作电流对应的电阻数据及v-i特性曲线；并通过主控模块100将所述写操作电流对应的电阻数据及v-i特性曲线传输至数据处理模块600；
9)重复6)至8)，直至最大写操作电流imax对应的电阻数据及v-i特性曲线传输至数据处理模块600；
10)数据处理模块600对各所述写操作电流对应的电阻数据进行统计分析，从各写操作电流中筛选出使所述待操作单元成功进行写操作的真写操作电流；并对各所述真写操作电流对应的v-i特性曲线进行拟合，获取各所述真写操作电流对应的亚阈值斜率；之后对获取的所述亚阈值斜率进行统计分析，以获取所述相变存储器的最优写操作电流。
可见，通过上述方法获取的亚阈值斜率如图3所示，从图3中可以看出，随着真写操作电流的变大，亚阈值斜率sts越来越大、且分布越发趋于饱和；而亚阈值斜率sts趋于饱和时，其对应的真写操作电流约为0.81ma左右，故将0.81ma的真写操作电流作为所述待测相变存储器的最优写操作电流，既保证了所述待测相变存储器的写操作效果，又减小了不必要的功耗。而图4为真写操作电流对应的电阻数据分布，从图4可以看出，在真写操作电流从0.58ma变化至0.77ma的过程中，所述待操作单元的电阻分布完全区分不开，而图3所示的亚阈值斜率sts却能够完全区分开、且有随真写操作电流增大而增大的规律。因此，通过图3和图4可以看出，在传统方法无法适用的情况下，本实施例所述方法仍然能够实现对写操作电流的筛选。
综上所述，本发明的优选相变存储器写操作电流的系统及方法，具有以下有益效果：
通过本发明所述系统及方法，可实现对相变存储器写操作电流的优选，大大增加了写操作电流筛选的精度；减少不必要的reset操作功耗的同时，又保证了写操作的效果；更能避免过操作对相变存储器疲劳可靠性的影响，保证了相变存储器的高温耐久性和读耐久性，延长了相变存储器的使用寿命。
本发明所述方法从微观角度出发，具有操作简便、筛选精度高、测试成本低、对芯片无损害等优点，可用于精确确定量产芯片最适合的写操作电流参数，提高芯片的性能。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。