CN101770816B - Rram单元测试系统切换器及rram单元测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RRAM单元测试系统切换器及一种RRAM单元测试系统，该切换器主要由双联继电器构成，双联继电器的线圈通过光电耦合器与控制信号端口连接，由其带动相应的两个双掷开关实现信号同路的选择，该切换器与两种不同的信号源及主控计算机等构成了RRAM单元测试系统，实现了对RRAM单元测试过程中两种信号源的瞬时切换，更方便、更精确地实现对RRAM单元的电学和存储性能的测试。

Description

RRAM单元测试系统切换器及RRAM单元测试系统

技术领域

本发明涉及一种RRAM单元测试系统切换器及一种RRAM单元测试系统。

背景技术

便携式可移动存储技术的迅速发展对非挥发存储器件的高密度、高速度、低功耗等特性提出了更高的要求。阻变式存储器(Resistive random access memory，RRAM单元)是以材料的电阻在外加电场作用下可在高组态和低阻态之间实现可逆转换为基础的一类前瞻性下一代非挥发存储器，其具有低操作电压、低功耗、高写入速度、耐擦写、非破坏性读取、保持时间长、结构简单、与传统CMOS工艺相兼容等优点。然而，探测脉冲激励前后功能层薄膜微观区域的电势分布变化、寻找器件结构内部不同载流子的输运机制仍是当前研究工作亟待解决的难点。电阻转变部位的确认、电阻转变过程中元素的变化以及电阻转变的动力学问题仍然处于探索阶段，这些表明：RRAM单元的存储机理研究是当前研究工作所面临的最紧要问题，电致电阻开关的物理机制不清楚已经成为制约RRAM单元存储实用化的主要障碍，不利于新材料、高性能的器件的进一步研究和开发。因此这些性能的研究有助于表征技术的发展和大量实验数据的验证，而电学性能的研究又有助于其物理特性的理解，同时也是阻变存储器商业化的关键参数，正因为如此使得其电学的表征变得艰巨而重要。虽然近几年有大量的阻变存储的技术的文章和专利涌现，但是有关存储器表征技术却少而又少。实际阻变存储器的表征手段不仅涉及到数据的真实性、可靠性，同时也是阻变存储器能否快速发展的瓶颈。

RRAM单元结构是下电极/功能材料/上电极，其中功能层材料是钙钛矿结构氧化物、二元过渡金属氧化物、部分高分子材料等。而RRAM单元的测试是通过在电极上施加不同的脉冲信号实现信息的写入、擦除和读出操作。RRAM单元测试主要包括电流-电压关系测试、电压-电流关系测试、电阻写脉冲信号高度关系测试、电阻写脉冲信号宽度关系测试、电阻-擦脉冲信号高度关系测试、电阻-擦脉冲信号高度关系测试、不同阻态-写擦次数关系等测试。

而现有的RRAM单元测试设备均无法实现两种测试仪器(数字信号源表和脉冲信号发生器)的瞬时切换，常采用的方法是先测试直流I-V信号，然后将原线路中部分电路拆除，最后实现连接脉冲信号的测试手段。这样的测试不仅繁琐而且由于连接电路的不断变化带来不必要的系统误差，因为每一次的线路不能保证完全相同的连接点，严重影响器件电学性能的连续性和可靠性，从而限制了对RRAM单元的测试。最重要的是直流和交流信号只有在较短暂的切换时段下才能基本保证测试结果的一致性，这些都给自动化的测试带来了挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种RRAM单元测试系统切换器，以实现两种信号源的瞬时切换。

本发明的目的还在于提供一种RRAM单元测试系统，以更方便、更精确地实现对RRAM单元的电学和存储性能的测试。

为实现上述目的，采用的技术方案是：一种RRAM单元测试系统切换器，包括控制回路和动作电路，并具有双联继电器；

控制回路包括控制信号端口、光电耦合器和双联继电器线圈，光电耦合器的发光部分和控制部分分别与控制信号端口和双联继电器线圈相连，以实现双联继电器线圈的通断；

动作电路包括两个不同信号源的信号输入接口和两个信号输出接口，信号输入接口和信号输出接口通过所述的两个双掷触头连接，其中一个双掷触头的两个输入端对应连接两个信号源的高信号输入，该触头的输出端与其中一个信号输出接口连接；另一个双掷触头的两个输入端对应连接两个信号源的低信号输入，该触头的输出端与另一个信号输出接口连接，以实现双联继电器工作或断开时仅有一路信号源的高低信号经两个双掷触头由两个信号输出接口输出。

光电耦合器控制部分为光敏三极管，光敏三极管的集电极通过电阻连接于一个正向电压，光敏三极管的集电极还连接于一个可控开关管的控制端，光敏三极管的发射极接地；双联继电器的线圈连接于所述正向电压和可控开关管的输入端，可控开关管的输出端接地。

双联继电器线圈上并联有电容支路和二极管支路，所述两个支路一端接地。

在控制回路上设置有双联继电器线圈工作状况指示灯。

一种RRAM单元测试系统，包括主控计算机和切换器，主控计算机通过控制总线连接有数字信号源和脉冲信号发生器，数字信号源和脉冲信号发生器的信号输出端经切换器连接于微控探针台，切换器的控制端与主控计算机相连；

所述的切换器包括控制回路和动作电路，并具有双联继电器；

控制回路包括控制信号端口、光电耦合器和双联继电器线圈，光电耦合器的发光部分和控制部分分别与控制信号端口和双联继电器线圈相连，以实现双联继电器线圈的通断；

动作电路包括两个不同信号源的信号输入接口和两个信号输出接口，信号输入接口和信号输出接口通过所述的两个双掷触头连接，该继电器的线圈连接于两个双掷触头，其中一个双掷触头的两个输入端对应连接两个信号源的高信号输入，该触头的输出端与其中一个信号输出接口连接；另一个双掷触头的两个输入端对应连接两个信号源的低信号输入，该触头的输出端与另一个信号输出接口连接，以实现双联继电器工作或断开时仅有一路信号源的高低信号经两个双掷触头由两个信号输出接口输出。

作为优化，光电耦合器控制部分为光敏三极管，光敏三极管的集电极通过电阻连接于一个正向电压，光敏三极管的集电极还连接于一个可控开关管的控制端，光敏三极管的发射极接地；双联继电器的线圈连接于所述正向电压和可控开关管的输入端，可控开关管的输出端接地；双联继电器线圈上并联有电容支路和二极管支路，所述两个支路一端接地；主控计算机与数字信号源和脉冲信号发生器之间的控制总线上设置有GPIB(General-PurposeInterface Bus，通用接口总线)卡。

本发明RRAM单元测试系统切换器中采用双联继电器作做为切换开关，结构简单，通过双联继电器的动作就可以实现不通信号通路的选择。

本发明RRAM单元测试系统包括主控计算机和切换器，主控计算机通过控制总线连接有数字信号源和脉冲信号发生器，数字信号源和脉冲信号发生器的信号输出端经切换器连接于微控探针台，切换器的控制端与主控计算机相连，切换器采用具有双联继电器的切换器进行信号切换，实现了对RRAM单元测试过程中两种信号源的瞬时切换，更方便、更精确的实现对RRAM单元的电学和存储性能的测试。

附图说明

图1是本发明RRAM单元测试系统切换器的电路原理图；

图2是本发明RRAM单元测试系统的原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例为RRAM单元测试系统切换器的实施例，如图1所示，包括控制回路和动作电路，并具有双联继电器J；

控制回路的控制信号端口通过电阻R1连接于光电耦合器T1发光二极管的输入端，该发光二极管的输出端接地，光电耦合器T1控制端的光敏三极管的发射极接地，该光敏三极管的集电极通过电阻R2连接于+5V正向电压，该光敏三极管的集电极还连接至三极管T2的基极，三极管T2的集电极通过双联继电器J的线圈连接至上述+5V正向电压，三极管T2的发射极接地，由二极管D1和由电容C1分别与双联继电器J的线圈并联。

控制回路中还设有双联继电器J工作状况的指示灯LED1和LED2，LED1和LED2分别为红色和绿色的发光二极管，发光二极管LED1的输入端连接至光电耦合器T1发光二极管的输入端，发光二极管LED1的输出端接地；发光二极管LED2与电阻R3串联后连接于上述+5V正向电压和三极管T2的集电极之间。控制回路的控制信号端口连接于主控计算机的打印机接口DB25。

动作电路包括两个不同信号源的信号输入接口CONN和BNC1以及两个信号输出接口BNC2和BNC3，信号输入接口CONN和BNC1的高信号端分别连接至双联继电器J的双掷触头J₁的下触头J₁₃和上触头J₁₂，信号输入接口CONN和BNC1的低信号端分别连接至双联继电器J的双掷触头J₂的下触头J₂₃和上触头J₂₂，双联继电器J的双掷触头J₁和J₂的输出端J₁₁和J₂₁分别连接至信号输出接口BNC2和BNC3。

控制程序采用Winio软件，打印机卡的地址为378H，其中数据口0378H，状态口0379H，控制口037AH。

当计算机输出高电位时，打印口设置为1，表示打印机口与外电路接通，红色LED1亮，T1接通，三极管T2中基极电流下降，处于截止状态，此时双联继电器上无电流，J₁₂与J₁₁、J₂₂与J₂₁导通，脉冲信号发生器的高低信号线接通，整个电路是脉冲信号发生器对探针台上的样品施加脉冲信号。

当计算机输出低电位时，打印口设置为0，表示打印机口与外电路未接通，红色LED1不亮，T1不接通，三极管T2中基极电流升高，处于导通状态，绿色LED2亮，此时双联继电器上有电流，J₁₃和J₁₁、J₂₃和J₂₁接通，数字信号源表的高低信号线接通，整个电路是数字信号源表对探针台上的样品施加直流信号。

本实施例中采用双联继电器实现不同信号通路的选择，当然也可以采用其它方式，例如利用两个继电器相互关联设置，实现不通信号通路的选择。

实施例二

本实施例为RRAM单元测试系统的实施例，如图2所示，包括主控计算机和切换器，主控计算机通过GPIB卡及控制总线连接有数字信号源和脉冲信号发生器的监控端接口，数字信号源和脉冲信号发生器的信号输出端经切换器连接于微控探针台，切换器的控制端通过打印机并口控制电缆与主控计算机相连；本实施例中采用的切换器为实施例一所述的切换器。

主控计算机通过打印机并口控制电缆实现微控探针台在脉冲信号发生器和数字信号源之间的切换，通过GPIB卡实现对脉冲发生器和阻抗测试设备的控制以及数据的采集和传递，以供主控计算机即时地显示所采集到的数据和相关曲线，及对所采集到的数据保存。

Claims (8)

1.一种RRAM单元测试系统切换器，其特征在于，包括控制电路、动作电路和切换电路；

控制电路包括控制信号输入端口和可控开关管，可控开关管的控制端与控制信号输入端口相连接，可控开关管的输出端与动作电路相连接；

动作电路中设置有中间继电器，该继电器具有两个双掷触头，该继电器的线圈与可控开关的输出端相连接；

切换电路包括两个不同信号源的信号输入接口和两个信号输出接口，信号输入接口和信号输出接口通过中间继电器的两个双掷触头连接，其中一个双掷触头的两个切换触点对应连接两个信号源的高信号输入，该触头的共用触点与其中一个信号输出接口连接；另一个双掷触头的两个切换触点对应连接两个信号源的低信号输入，该触头的共用触点与另一个信号输出接口连接，以实现同一时刻仅有一路信号源的高低信号经两个双掷触头由两个信号输出接口输出；

所述的可控开关管为光电耦合器，中间继电器的线圈与光电耦合器输出端之间设置有一个三极管，其中三极管的基极与光电耦合器光敏三极管的集电极连接，三极管的集电极与中间继电器的线圈一端相连，三极管的发射极接地，中间继电器的另一端连接有一个正向电压，正向电压和三极管基极之间还设置有电阻。

2.如权利要求1所述的RRAM单元测试系统切换器，其特征在于，中间继电器的线圈上并联有包括一个二极管的续流支路。

3.如权利要求1或2所述的RRAM单元测试系统切换器，其特征在于，中间继电器的线圈上并联有至少由一个电容构成的电容支路。

4.如权利要求3所述的RRAM单元测试系统切换器，其特征在于，切换器上设置有中间继电器工作状况指示灯。

5.一种RRAM单元测试系统，包括主控计算机和微控探针台，主控计算机通经数字信号源或脉冲信号发生器与微控探针台相连，其特征在于，该系统还具有切换器，数字信号源和脉冲信号发生器的信号输出端经切换器连接于微控探针台，切换器的控制端与主控计算机相连；

所述切换器包括控制电路、动作电路和切换电路；

控制电路包括控制信号输入端口和可控开关管，可控开关管的控制端与控制信号输入端口相连接，可控开关管的输出端与动作电路相连接；

动作电路中设置有中间继电器，该继电器具有两个双掷触头，该继电器的线圈与可控开关的输出端相连接；

切换电路包括两个不同信号源的信号输入接口和两个信号输出接口，信号输入接口和信号输出接口通过中间继电器的两个双掷触头连接，其中一个双掷触头的两个切换触点对应连接两个信号源的高信号输入，该触头的共用触点与其中一个信号输出接口连接；另一个双掷触头的两个切换触点对应连接两个信号源的低信号输入，该触头的共用触点与另一个信号输出接口连接，以实现同一时刻仅有一路信号源的高低信号经两个双掷触头由两个信号输出接口输出；

所述的可控开关管为光电耦合器，中间继电器的线圈与光电耦合器输出端之间设置有一个三极管，其中三极管的基极与光电耦合器光敏三极管的集电极连接，三极管的集电极与中间继电器的线圈一端相连，三极管的发射极接地，中间继电器的另一端连接有一个正向电压，正向电压和三极管基极之间还设置有电阻。

6.如权利要求5所述的RRAM单元测试系统，其特征在于，中间继电器的线圈上并联有包括一个二极管的续流支路，还并联有至少由一个电容构成的电容支路。

7.如权利要求6所述的RRAM单元测试系统，其特征在于，切换器上设置有中间继电器工作状况指示灯。

8.如权利要求5、6、或7所述的RRAM单元测试系统，其特征在于，主控计算机与数字信号源和脉冲信号发生器之间的控制总线上设置有GPIB即通用接口总线卡。

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