CN109273044B - 阻变存储器测试方法以及测试装置 - Google Patents

Abstract

一种阻变存储器测试方法以及测试装置。该测试方法包括至少一个测试周期。在每个测试周期中对阻变存储器进行循环测试操作和采样操作；循环测试操作包括多个周期，每个周期包括复位操作和置位操作，复位操作被配置为对阻变存储器施加复位电压以使得阻变存储器处于高阻态，置位操作被配置为对阻变存储器施加置位电压以使得阻变存储器处于低阻态；采样操作被配置为读取阻变存储器的电阻值。该测试方法以及测试装置可以提高阻变存储器耐久性测试的测试速度，并且还可以精确控制耐久性测试过程中低阻态和高阻态的阻值区间，适用于包括模拟型阻变存储器在内的各种阻变存储器的耐久性测试。

Description

阻变存储器测试方法以及测试装置

技术领域

本公开的实施例涉及一种阻变存储器测试方法以及测试装置。

背景技术

随着人工智能的快速发展，基于传统的CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)电路的神经网络计算因为高 能耗等缺点难以支撑人工智能涉猎更复杂的场景。阻变存储器因为具有高 速、低能耗、易于尺寸缩小以及与CMOS电路兼容的优势被认为是有望实 现神经网络系统的新兴器件。然而，神经网络训练过程中需要进行大量的权 重更新操作，这对阻变存储器的耐久性(endurance)提出了要求；另外耐久 性也是判断阻变存储器性能的重要指标。

发明内容

本公开至少一个实施例提供一种阻变存储器测试方法，包括至少一个测 试周期；其中，在每个所述测试周期中对所述阻变存储器进行循环测试操作 和采样操作；所述循环测试操作包括多个周期，每个周期包括复位操作和置 位操作，所述复位操作被配置为对所述阻变存储器施加复位电压以使得所述 阻变存储器处于高阻态，所述置位操作被配置为对所述阻变存储器施加置位 电压以使得所述阻变存储器处于低阻态；所述采样操作被配置为读取所述阻 变存储器的电阻值。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述采样操 作包括第一采样操作，所述第一采样操作包括所述置位操作以及在所述置位 操作完成后的第一读操作，所述第一读操作被配置为读取所述阻变存储器处 于低阻态时的第一阻值。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述采样操 作还包括第二采样操作，所述第二采样操作包括所述复位操作以及在所述复 位操作完成后的第二读操作，所述第二读操作被配置为读取所述阻变存储器 处于高阻态时的第二阻值。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，每个所述测 试周期还包括：判断本次测试周期中所获得的所述第一阻值是否在第一目标 阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行所述置位操 作所采用的置位电压；或者判断本次测试周期中所获得的所述第一阻值是否 在第一目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行 所述复位操作所采用的复位电压。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，调整下一个 测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压包括：若所述第一阻值高于 所述第一目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操 作所采用的置位电压增加第一预定电压值，并将增加后的置位电压作为所述 下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压；以及若所述第一阻值低于 所述第一目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操 作所采用的置位电压减小所述第一预定电压值，并将减小后的置位电压作为 所述下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，调整下一个 测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压包括：若所述第一阻值高于 所述第一目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操 作所采用的复位电压减小第一预定电压值，并将减小后的复位电压作为所述 下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压；以及若所述第一阻值低于 所述第一目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操 作所采用的复位电压增加所述第一预定电压值，并将增加后的复位电压作为 所述下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，每个所述测 试周期还包括：判断本次测试周期中所获得的所述第二阻值是否在第二目标 阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行所述复位操 作所采用的复位电压；或者判断本次测试周期中所获得的所述第二阻值是否 在第二目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行 所述置位操作所采用的置位电压。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，调整下一个 测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压包括：若所述第二阻值高于 所述第二目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操 作所采用的复位电压减小第一预定电压值，并将减小后的复位电压作为所述 下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压；以及若所述第二阻值低于 所述第二目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操 作所采用的复位电压增加所述第一预定电压值，并将增加后的复位电压作为 所述下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，调整下一个 测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压包括：若所述第二阻值高于 所述第二目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操 作所采用的置位电压增加第一预定电压值，并将增加后的置位电压作为所述 下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压；以及若所述第二阻值低于 所述第二目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操 作所采用的置位电压减小所述第一预定电压值，并将减小后的置位电压作为 所述下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述第一预 定电压值的取值范围为0.01V–0.1V。

例如，本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法还包括：在第一个 所述测试周期之前对所述阻变存储器进行预处理操作，其中，所述预处理操 作包括：对所述阻变存储器进行初始化操作以使得所述阻变存储器变为可用 状态；完成所述初始化操作后读取所述阻变存储器的电阻值并将该电阻值作 为初始化阻值；以及根据所述初始化阻值确定第一目标阻值区间以及第二目 标阻值区间；其中，所述第一目标阻值区间以及所述第二目标阻值区间用于 所述预处理操作以后的所述至少一个测试周期中。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述预处理操作还包括：对所述阻变存储器进行多次第三采样操作以及多次第四采样操作，所述第三采样操作和所述第四采样操作是交替进行的，所述第三采样操作包括所述置位操作以及在所述置位操作完成后的第三读操作，所述第三读操作被配置为读取所述阻变存储器处于低阻态时的第三阻值，所述第四采样操作包括所述复位操作以及在所述复位操作完成后的第四读操作，所述第四读操作被配置为读取所述阻变存储器处于高阻态时的第四阻值；在每次完成所述第三采样操作后，判断所述第三阻值是否在所述第一目标阻值区间内；以及在每次完成所述第四采样操作后，判断所述第四阻值是否在所述第二目 标阻值区间内。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，在所述预处 理操作中，如果所述第三阻值高于所述第一目标阻值区间的最大值，则将进 行所述第三采样操作中的置位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的第一 栅极电压增加第二预定电压值；如果所述第三阻值低于所述第一目标阻值区 间的最小值，则将所述第一栅极电压减小所述第二预定电压值；如果所述第 四阻值高于所述第二目标阻值区间的最大值，则将进行所述第四采样操作中 的复位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的第二栅极电压增加所述第二 预定电压值；如果所述第四阻值低于所述第二目标阻值区间的最小值，则将 所述第二栅极电压减小所述第二预定电压值。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，在所述预处 理操作中，如果所述第三阻值在所述第一目标阻值区间内，则将进行最后一 次所述第三采样操作中的置位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的电压 记为第一目标栅极电压；如果所述第四阻值在所述第二目标阻值区间内，则 将进行最后一次所述第四采样操作中的复位操作时，施加在所述阻变存储器 的栅极的电压记为第二目标栅极电压；其中，所述第一目标栅极电压和所述 第二目标栅极电压用于所述预处理操作以后的所述至少一个测试周期中。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述第二预 定电压值的取值范围为0.01V–0.1V。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述第二目 标阻值区间的中心值与所述第一目标阻值区间的中心值的比值大于等于1.5 小于等于10。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，每个所述测 试周期还包括：判断所述第二阻值和所述第一阻值的比值是否小于预定比 值，若判断结果为是，则结束所述测试方法。

例如，本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法还包括：判断所述 测试周期的重复次数是否达到预定目标次数，若判断结果为是，则结束所述 测试方法。

例如，在本公开一个实施例提供的阻变存储器测试方法中，所述阻变存 储器包括模拟型阻变存储器。

本公开至少一个实施例还提供一种阻变存储器测试装置，包括存储器和 处理器；其中，所述存储器存储有可执行指令，所述可执行指令可由所述处 理器执行以实现本公开任一实施例所述的测试方法。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例， 而非对本公开的限制。

图1为一种阻变存储器结构的示意图；

图2为本公开一些实施例提供的一种阻变存储器测试方法的流程框图；

图3A为一种对应于图2所示的测试方法的测试信号时序图；

图3B为本公开一些实施例提供的阻变存储器测试方法的测试信号时序 示意图；

图4为本公开一些实施例提供的另一种阻变存储器测试方法的流程框图；

图5为本公开一些实施例提供的再一种阻变存储器测试方法的流程框图；

图6为本公开一些实施例提供的一种对阻变存储器进行预处理操作的流 程框图；以及

图7为本公开一些实施例提供的一种阻变存储器测试装置的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公 开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然， 所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描 述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属 领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第 二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分 不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限 制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词 前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而 不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理 的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。 “上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对 位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

阻变存储器的耐久性测试一直是诸多可靠性测试中比较复杂的，原因在 于测试过程耗时长以及在多次循环测试的过程中难以准确地控制高低电阻 到设定的范围内。

一种阻变存储器的耐久性测试方法采用一次建立过程(set)加一次采样 过程、一次重置过程再加一次采样过程，即“一次循环两次采样”的方式(一 次循环包括一次建立过程和一次重置过程)。建立过程和重置过程都是脉冲 编程过程，采用脉冲测试单元(PMU)模块进行操作；采样过程是直流测量 过程，采用源测试单元(SMU)模块进行操作。虽然建立过程和重置过程的 脉冲宽度为几十到几百纳秒，但是SMU和PMU相互切换时需要的时间达 到秒量级，总体拉低了耐久性测试的速度。另外，上述耐久性测试只关注高 低两个阻态的最大循环次数，即耐久性寿命，而并不关注高低阻态的阻值是 否偏离初始态阻值和偏离初始态阻值的偏移量。研究发现阻变存储器的高低 阻态对应的阻值区间和耐久性寿命直接相关，所以将高低阻态维持在固定的 阻值区间有利于深入研究阻变存储器的耐久性，对于发现耐久性的影响因 素，进而改善阻变存储器的耐久性性能具有重要意义。

图1为一种阻变存储器结构的示意图。如图1所示，该阻变存储器结构 采用1T1R结构，即该阻变存储器包括一个晶体管M1和一个忆阻器R1。

需要说明的是，本公开的实施例中采用的晶体管均可以为薄膜晶体管或 场效应晶体管(例如MOS场效应晶体管)或其他特性相同的开关器件。这 里采用的晶体管的源极、漏极在结构上可以是对称的，所以其源极、漏极在 结构上可以是没有区别的。在本公开的实施例中，为了区分晶体管除栅极之 外的两极，直接描述了其中一极为第一极，而另一极为第二极。

本公开的实施例对采用的晶体管的类型不作限定，例如当晶体管M1采 用N型晶体管时，其栅极和字线端WL连接，例如字线端WL输入高电平 时晶体管M1导通；晶体管M1的第一极可以是源极并被配置为和源线端SL 连接，例如晶体管M1可以通过源线端SL接收复位电压；晶体管M1的第 二极可以是漏极并被配置为和忆阻器R1的第二极(例如负极)连接，忆阻 器R1的第一极(例如正极)和位线端BL连接，例如忆阻器R1可以通过位 线端BL接收置位电压。例如当晶体管M1采用P型晶体管时，其栅极和字 线端WL连接，例如字线端WL输入低电平时晶体管M1导通；晶体管M1 的第一极可以是漏极并配置为和源线端SL连接，例如晶体管M1可以通过 源线端SL接收复位电压；晶体管M1的第二极可以是源极并配置为和忆阻 器R1的第二极(例如负极)连接，忆阻器R1的第一极(例如正极)和位 线端BL连接，例如忆阻器R1可以通过位线端BL接收置位电压。需要说明 的是，阻变存储器结构还可以实现为其他结构，例如忆阻器R1的第二极与 源线端SL连接的结构，本公开的实施例对此不作限制。下面各实施例均以 晶体管M1采用N型晶体管为例进行说明。

字线端WL的作用是对晶体管M1的栅极施加相应电压，从而控制晶体 管M1导通或关闭。在对忆阻器R1进行操作时，例如进行置位操作或复位 操作，均需要先开启晶体管M1，即需要通过字线端WL对晶体管M1的栅 极施加导通电压。在晶体管M1导通后，例如，可以通过在源线端SL和位 线端BL向忆阻器R1施加电压，以改变忆阻器R1的阻态。例如，可以通过位线端BL施加置位电压，以使得该忆阻器R1处于低阻态；又例如，可以 通过源线端SL施加复位电压，以使得该忆阻器R1处于高阻态。

需要说明的是，在本公开的实施例中，通过字线端WL和位线端BL同 时施加电压，使得忆阻器R1的电阻值越来越小，即忆阻器R1从高阻态变 为低阻态，将使得忆阻器R1从高阻态变为低阻态的操作称为置位操作；通 过字线端WL和源线端SL同时施加电压，使得忆阻器R1的电阻值越来越 大，即忆阻器R1从低阻态变为高阻态，将使得忆阻器R1从低阻态变为高 阻态的操作称为复位操作。以下各实施例与此相同，不再赘述。

本公开至少一个实施例提供一种阻变存储器测试方法，包括至少一个测 试周期。在每个测试周期中对阻变存储器进行循环测试操作和采样操作；循 环测试操作包括多个周期，每个周期包括复位操作和置位操作，复位操作被 配置为对阻变存储器施加复位电压以使得阻变存储器处于高阻态，置位操作 被配置为对阻变存储器施加置位电压以使得阻变存储器处于低阻态；采样操 作被配置为读取阻变存储器的电阻值。

本公开至少一个实施例还提供对应于上述阻变存储器测试方法的阻变 存储器测试装置。

本公开的实施例提供的阻变存储器测试方法以及测试装置，采用“多次 循环加采样”的方式，可以极大地提升阻变存储器耐久性测试的速度。本公 开的一些实施例提供的阻变存储器测试方法以及测试装置，还可以根据采样 操作的结果动态调节复位电压或置位电压，从而在耐久性测试过程中精确地 将高阻态和低阻态控制在预定阻值区间内，适用于包括模拟型阻变存储器在 内的各种阻变存储器的耐久性测试，也更有利于研究耐久性测试的失效规 律。

下面结合附图对本公开的实施例及其示例进行详细说明。

图2为本公开一些实施例提供的一种阻变存储器测试方法的流程框图。 例如，该测试方法可以用于测试如图1所示的阻变存储器的耐久性。例如， 如图2所示，该测试方法包括至少一个测试周期，在每个测试周期中，对阻 变存储器进行循环测试操作和采样操作。

该循环测试操作包括多个周期，例如，循环测试操作包括的周期的数量 与阻变存储器的预期的耐久性寿命有关，例如，在一些示例中，循环测试操 作包括的周期的数量可以设置为10⁵–10⁷。每个周期包括复位操作reset和置 位操作set，复位操作reset被配置为对阻变存储器施加复位电压以使得阻变 存储器处于高阻态，置位操作set被配置为对阻变存储器施加置位电压以使 得阻变存储器处于低阻态，例如该复位电压和该置位电压可以由上述PMU 模块提供。

该采样操作被配置为读取阻变存储器的电阻值，例如，由SMU提供直 流电压(可视为宽脉冲)，并读取阻变存储器的电流，进而根据提供的电压 值以及获取的电流值计算出阻变存储器的电阻值。

例如，如图2所示，在该测试方法中，采样操作包括第一采样操作。该 第一采样操作包括置位操作set以及在置位操作set完成后的第一读操作 1st-read，第一读操作1st-read被配置为读取阻变存储器处于低阻态时的第一 阻值R1。

需要说明的是，第一采样操作中的置位操作set与同一测试周期中的循 环测试操作中的置位操作set相同，即在阻变存储器的字线端WL施加的栅 极电压以及在位线端BL施加的置位电压相同。

另外，需要说明的是，第一读操作1st-read中在字线端WL施加的栅极 电压可以与第一采样操作的复位操作reset中在字线端WL施加的栅极电压 相同，但是第一读操作1st-read中施加在例如位线端BL的直流电压一般远 小于置位操作set中的置位电压，例如，在一些示例中，该直流电压为置位 电压的1/20–1/5，例如，在一个示例中，该直流电压约为置位电压的1/10。

例如，如图2所示，在该测试方法中，采样操作还包括第二采样操作。 第二采样操作包括复位操作reset以及在复位操作reset完成后的第二读操作 2nd-read，第二读操作2nd-read被配置为读取阻变存储器处于高阻态时的第 二阻值R2。

需要说明的是，第二采样操作中的复位操作reset与同一测试周期中的 循环测试操作中的复位操作reset相同，即在阻变存储器的字线端WL施加 的栅极电压相同以及在源线端SL施加的复位电压相同。

另外，需要说明的是，第二读操作2nd-read可以与第一读操作1st-read 相同，例如，在一些示例中，第二读操作2nd-read与第一读操作1st-read在 字线端WL施加的栅极电压以及在位线端BL施加的直流电压均相同。又例 如，第二读操作2nd-read也可以与第一读操作1st-read不同，例如，在一些 示例中，第二读操作2nd-read与第一读操作1st-read在字线端WL施加的栅 极电压相同，但在位线端BL施加的直流电压不同。

图3A为一种对应于图2所示的测试方法的测试信号时序图。

如图3A所示，在一个测试周期的循环测试操作和采样操作中，置位操 作set需要在字线端WL施加栅极电压Vg-set，在位线端BL施加电压Vd-set， 在源线端SL施加电压Vs-set。例如，置位操作set的置位电压定义为Vd-set 与Vs-set之差。例如，在一些示例中，在置位操作set中，源线端SL可以 接地(例如，可以为虚地)，此时，施加在位线端BL的电压Vd-set即为置 位电压。

如图3A所示，在一个测试周期的循环测试操作和采样操作中，复位操 作reset需要在字线端WL施加栅极电压Vg-reset，在位线端BL施加电压 Vd-reset，在源线端SL施加电压Vs-reset。例如，复位操作reset的复位电压 定义为Vs-reset与Vd-reset之差。例如，在一些示例中，在复位操作reset 中，位线端BL可以接地(例如，可以为虚地)，此时，施加在源线端的Vs-reset 即为复位电压。

需要说明的是，图3A示出的Vg-set小于Vg-reset是阻变存储器耐久性 测试中的一种示例，目的是减小置位操作过程中通过阻变存储器的电流，防 止电流过大对阻变存储器造成损伤，从而延长阻变存储器的耐久性寿命，本 公开的实施例包括但不限于此种情形。

如图3A所示，在一个测试周期的采样操作中，第一读操作1st-read和 第二读操作2nd-read可以相同，例如，在字线端WL施加相同的栅极电压例 如Vg-reset，在位线端BL施加相同的直流电压Vread，以及源线端SL均接 地。需要说明的是，第一读操作1st-read和第二读操作2nd-read中在字线端 WL施加相同的栅极电压(例如为Vg-reset)是示例性的，本公开的实施例 对此不作限制。

如图3A所示，在一个测试周期的采样操作中，第一采样操作中从置位 操作set到第一读操作1st-read以及第二采样操作中从复位操作reset到第二 读操作2nd-read，均需要经历从PMU模块切换到SMU模块的过程；在第二 采样操作和第一采样操作之间以及采样操作和下一个测试周期的循环测试 操作之间，均需要经历从SMU模块切换到PMU模块的过程。由于PMU模 块和SMU模块的相互切换过程耗费的时间为秒量级，是拉低测试速度的关键因素，而本公开的实施例提供的测试方法采用“多次循环加采样”的方式， 减少了PMU模块和SMU模块的相互切换次数，因此可以极大地提高阻变 存储器的耐久性测试的速度。

需要说明的是，在图3A中，在一个测试周期的采样操作中包括第一采 样操作和第二采样操作，但本公开的实施例包括但不限于这种情形。例如， 如图3B所示，在第一个测试周期的采样操作中可以只包括第一采样操作， 然后在第二个测试周期中可以只包括第二采样操作，在后续不同的测试周期 中交替进行第一采样操作和第二采样操作。采用这种方式，在一个测试周期 中可以减少一次从SMU模块切换到PMU模块的过程以及减少一次从PMU模块切换到SMU模块的过程，从而可以进一步提高阻变存储器的耐久性测 试的速度。

另外，需要说明的是，图3A所示的测试信号时序图是示意性的，本公 开的实施例包括但不限于此。例如，在一些示例中，一个测试周期中的循环 测试操作也可以从置位操作开始。例如，在一些示例中，在一个测试周期中， 第一采样操作可以在第二采样操作之前。

图4为本公开一些实施例提供的另一种阻变存储器测试方法的流程框 图。与图2所示的实施例相比，图4所示的实施例提供的测试方法在每个测 试周期中还包括：判断本次测试周期中所获得的第一阻值R1是否在第一目 标阻值区间{RL}内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行置位 操作set所采用的置位电压Vd。需要说明的是，第一目标阻值区间{RL}可 以是预先设定的。根据判断结果调整下一个测试周期中进行置位操作所采用 的置位电压的可以在整个测试过程中尽可能地将低阻态的阻值(即第一阻值 R1)稳定在第一目标阻值区间{RL}内。

具体地，如图4所示，调整下一个测试周期中进行置位操作所采用的置 位电压包括：若第一阻值R1高于第一目标阻值区间{RL}的最大值，则将本 次测试周期中进行置位操作所采用的置位电压Vd增加第一预定电压值Δ V1，并将增加后的置位电压作为下一个测试周期中进行置位操作的置位电 压；以及若第一阻值R1低于第一目标阻值区间{RL}的最小值，则将本次测 试周期中进行置位操作所采用的置位电压Vd减小第一预定电压值ΔV1，并 将减小后的置位电压作为下一个测试周期中进行置位操作的置位电压。也就 是说，当阻变存储器的低阻态阻值过高时，则在下个测试周期中增大置位电 压，使其低阻态阻值减小；当阻变存储器的低阻态阻值过低时，则在下个测 试周期中减小置位电压，使其低阻态阻值增大；直到阻变存储器的低阻态阻 值稳定在第一目标阻值区间{RL}内。例如，在一些示例中，第一预定电压值 △V1的取值范围为0.01V–0.1V；例如，第一预定电压值△V1的取值为 0.05V。

需要说明的是，由于在测试过程中，阻变存储器的低阻态和高阻态已经 处于相对平衡状态，调整低阻态的阻值会影响高阻态的阻值，同样地，调整 高阻态的阻值也会影响低阻态的阻值，所以可以通过调整后续测试周期中进 行复位操作所采用的复位电压使低阻态阻值稳定在第一目标阻值区间{RL} 内。当低阻态阻值稳定在第一目标阻值区间{RL}内时，相对地，高阻态阻值 也会稳定在一个预设阻值区间内，例如，稳定在第二预设阻值区间{RH}内。

图5为本公开一些实施例提供的又一种阻变存储器测试方法的流程框 图。与图2所示的实施例相比，图5所示的实施例提供的测试方法在每个测 试周期中还包括：判断本次测试周期中所获得的第一阻值R1是否在第一目 标阻值区间{RL}内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行复位 操作reset所采用的复位电压Vs。图5所示的实施例与图4所示的实施例的 不同之处在于，图5所示的实施例是根据判断结果调整下一个测试周期中进 行复位操作所用的复位电压，而不是调整下一个测试周期中进行置位操作所 采用的置位电压。

具体地，如图5所示，调整下一个测试周期中进行复位操作所采用的复 位电压包括：若第一阻值R1高于第一目标阻值区间{RL}的最大值，则将本 次测试周期中进行复位操作所采用的复位电压Vs减小第一预定电压值Δ V1，并将减小后的复位电压作为下一个测试周期中进行复位操作的复位电 压；以及若第一阻值R1低于第一目标阻值区间{RL}的最小值，则将本次测 试周期中进行复位操作所采用的复位电压Vs增加第一预定电压值ΔV1，并 将增加后的复位电压作为下一个测试周期中进行复位操作的复位电压。也就 是说，当阻变存储器的低阻态阻值过高时，则在下个测试周期中减小复位电 压，使阻变存储器的高阻态阻值减小，由于在测试过程中阻变存储器的低阻 态和高阻态已经处于相对平衡状态，阻变存储器的低阻态阻值也会随之减 小；当阻变存储器的低阻态阻值过低时，则在下个测试周期中增大复位电压， 使阻变存储器的高阻态阻值增大，由于在测试过程中阻变存储器的低阻态和 高阻态已经处于相对平衡状态，阻变存储器的低阻态阻值也会随之增大；直到阻变存储器的低阻态阻值稳定在第一目标阻值区间{RL}内。例如，在一些 示例中，第一预定电压值ΔV1的取值范围为0.01V–0.1V。

需要说明的是，在一些实施例中，还可以通过下述方式使得在循环测试 操作中，低阻态阻值稳定在第一目标阻值区间{RL}内以及高阻态阻值稳定在 第二目标阻值区间{RH}内：判断本次测试周期中所获得的第二阻值R2是否 在第二目标阻值区间{RH}内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期 中进行复位操作reset所采用的复位电压Vs；或者判断本次测试周期中所获 得的所述第二阻值是否在第二目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整 下一个测试周期中进行置位操作set所采用的置位电压Vd。具体地，如图4 所示，若第二阻值R2高于第二目标阻值区间{RH}的最大值，则将本次测试 周期中进行复位操作所采用的复位电压Vs减小第一预定电压值ΔV1，并将 减小后的复位电压作为下一个测试周期中进行复位操作的复位电压；以及若 第二阻值R2低于第二目标阻值区间{RH}的最小值，则将本次测试周期中进 行复位操作所采用的复位电压Vs增加第一预定电压值ΔV1，并将增加后的 复位电压作为下一个测试周期中进行复位操作的复位电压。或者，如图5所示，若第二阻值R2高于第二目标阻值区间{RH}的最大值，则将本次测试周 期中进行置位操作所采用的置位电压Vd增加第一预定电压值ΔV1，并将增 加后的置位电压作为下一个测试周期中进行置位操作的置位电压；以及若第 二阻值R2低于第二目标阻值区间{RH}的最小值，则将本次测试周期中进行 置位操作所采用的置位电压Vd减小第一预定电压值ΔV1，并将减小后的置 位电压作为下一个测试周期中进行置位操作的置位电压。

需要说明的是，为了使低阻态阻值稳定在第一目标阻值区间{RL}内以及 高阻态阻值稳定在第二目标阻值区间{RH}内，上述根据采样结果调整下一 个测试周期中进行置位操作的置位电压或调整下一个测试周期中进行复位 操作的复位电压的方法可以选择性地组合运用在同一个测试方法中，例如， 该测试方法可以采用图3A或图3B所示的测试信号时序，

需要说明的是，本公开的一些实施例提供的测试方法，可以根据采样操 作的结果动态调节复位电压或置位电压，从而在耐久性测试过程中将高阻态 和低阻态精确地控制在预定阻值区间(例如第一目标阻值区间和第二目标阻 值区间)内，例如，在一些示例中，第二目标阻值区间的中心值与第一目标 阻值区间的中心值的比值可以大于等于1.5且小于等于10。从而使得本公开 的实施例提供的测试方法可以适用于包括模拟型阻变存储器在内的各种阻 变存储器的耐久性测试，也更有利于研究耐久性测试的失效规律。例如，在一些示例中，本公开的实施例提供的测试方法测试的阻变存储器包括模拟型 阻变存储器。

需要说明的是，在本公开的实施例中，第一目标阻值区间的中心值为第 一目标阻值区间的最大值和最小值的平均值，第二目标阻值区间的中心值为 第二目标阻值区间的最大值和最小值的平均值。以下各实施例与此相同，不 再赘述。

例如，本公开一些实施例提供的阻变存储器测试方法还包括：在第一个 测试周期之前对阻变存储器进行预处理操作。图6为本公开一些实施例提供 的一种对阻变存储器进行预处理操作的流程框图。

如图6所示，预处理操作包括：对阻变存储器进行初始化操作以使得阻 变存储器变为可用状态；完成初始化操作后读取阻变存储器的电阻值并将该 电阻值作为初始化阻值；以及根据该初始化阻值确定第一目标阻值区间{RL} 以及第二目标阻值区间{RH}。第一目标阻值区间{RL}以及第二目标阻值区 间{RH}用于预处理操作以后的至少一个测试周期中，例如用于图4和图5 所示的实施例的至少一个测试周期中。

初始化操作包括形成(forming)过程。在形成过程之前，阻变存储器还 不能被直接用于测试。形成过程与置位过程类似，通过控制施加在字线端 WL的电压(即晶体管M1的栅极电压)的大小来控制流经阻变存储器的电 流，然后通过控制施加在位线端BL电压(源线端SL接地)来控制阻变存 储器的低阻态阻值区间的中心位置。例如，在形成过程中，可以通过在字线 端WL施加较大的栅极电压或/和在位线端BL施加较大的电压，使阻变存储 器的低阻态阻值区间的中心位置偏低；或者可以通过在字线端WL施加较小 的栅极电压或/和在位线端BL施加较小的电压，使阻变存储器的低阻态阻值 区间的中心位置偏高。阻变存储器设定的低阻态阻值区间的中心位置与阻变 存储器的类型以及使用目的相关，本公开对此不再赘述。

初始化阻值为一个低阻态阻值。在一些示例中，可以将初始化阻值±20％ 的范围作为第一目标阻值区间{RL}。为了将低阻态和高阻态区分开来，可以 设置一个高阻态目标值，例如，在一些示例中，该高阻态目标值为初始化阻 值的10–100倍，例如，可以将高阻态目标值±20％的范围作为第二目标阻 值区间{RH}。需要说明的是，上述确定第一目标阻值区间{RL}和第二目标 阻值区间{RH}的方式是示例性的，第一目标阻值区间{RL}和第二目标阻值 区间{RH}可以根据阻变存储器的类型以及具体的测试场景进行设置，本公 开的实施例对此不作限制。

例如，如图6所示，预处理操作还包括：对阻变存储器进行多次第三采 样操作以及多次第四采样操作，第三采样操作和第四采样操作是交替进行 的。第三采样操作包括置位操作以及在置位操作完成后的第三读操作 3rd-read，第三读操作3rd-read被配置为读取阻变存储器处于低阻态时的第三 阻值R3。第四采样操作包括复位操作以及在复位操作完成后的第四读操作 4th-read，第四读操作4th-read被配置为读取阻变存储器处于高阻态时的第四 阻值R4。需要说明的是，第三采样操作可以参考上述实施例中关于第一采 样操作的相应描述，第四采样操作可以参考上述实施例中关于第二采样操作 的相应描述，本公开的实施例对第三采样操作和第四采样操作的细节不再赘 述。

例如，如图6所示，预处理操作还包括：在每次完成第三采样操作后， 判断第三阻值R3是否在第一目标阻值区间{RL}内；以及在每次完成第四采 样操作后，判断第四阻值R4是否在第二目标阻值区间{RH}内。

例如，如图6所示，预处理操作还包括：根据第三阻值R3的判断结果 调整进行下一次第三采样操作中的置位操作时，施加在阻变存储器的栅极的 第一栅极电压，以及根据第四阻值R4的判断结果调整进行下一次第四采样 操作中的复位操作时，施加在阻变存储器的栅极的第二栅极电压。

具体地，如果第三阻值R3高于第一目标阻值区间{RL}的最大值，则将 进行第三采样操作中的置位操作时，施加在阻变存储器的栅极的第一栅极电 压Vg-set增加第二预定电压值ΔV2；如果第三阻值R3低于第一目标阻值区 间{RL}的最小值，则将第一栅极电压Vg-set减小第二预定电压值ΔV2。如 果第四阻值R4高于第二目标阻值区间{RH}的最大值，则将进行第四采样操 作中的复位操作时，施加在阻变存储器的栅极的第二栅极电压Vg-reset增加 第二预定电压值ΔV2；如果第四阻值R4低于第二目标阻值区间{RH}的最小 值，则将第二栅极电压Vg-reset减小第二预定电压值ΔV2。例如，在一些示 例中，第二预定电压值ΔV2的取值范围为0.01V–0.1V，例如，第二预定电 压值ΔV2为0.05V。例如，在一些示例中，通过10–100次的交替执行第三 采样操作和第四采样操作，可以将第三阻值R3稳定在第一目标阻值区间{RL} 内，以及将第四阻值R4稳定在第二目标阻值区间{RH}内。

例如，如图6所示，在预处理操作中，如果第三阻值R3在第一目标阻 值区间{RL}内，则将进行最后一次第三采样操作中的置位操作时，施加在阻 变存储器的栅极的电压记为第一目标栅极电压Vg0-set；如果第四阻值R4在 第二目标阻值区间{RH}内，则将进行最后一次第四采样操作中的复位操作 时，施加在阻变存储器的栅极的电压记为第二目标栅极电压Vg0-reset。例如， 第一目标栅极电压Vg0-set和第二目标栅极电压Vg0-reset用于预处理操作以 后的至少一个测试周期中。例如，第一目标栅极电压Vg0-set可以作为如图2-图5所示实施例的至少一个测试周期中的置位操作中施加在阻变存储器的 字线端WL的栅极电压，第二目标栅极电压Vg0-reset可以作为如图2-图5 所示实施例的至少一个测试周期中的复位操作中施加在阻变存储器的字线 端WL的栅极电压。具体地，例如，第一目标栅极电压Vg0-set为图3A所 示的Vg-set，第二目标栅极电压Vg0-reset为图3A所示的Vg-reset。

在阻变存储器的耐久性测试中，除了需要提高测试速度外，还要关注测 试过程的可监控性。由于循环测试操作中无法获取阻变存储器的电阻值，只 有在采样操作中才能得到阻变存储器的电阻值，所以实时监控和高速测试是 一对矛盾体。为了及时呈现出阻变存储器的电阻值变化曲线，可以对循环测 试操作的时间和采样操作的时间进行合理配比，以获得最佳测试效果。例如， 在本公开实施例提供的阻变存储器测试方法中，在每个测试周期中，进行循 环测试操作的时间和进行采样操作的时间的比值大于等于10^-6且小于等于10³，例如，该比值大于等于0.001且小于等于10，例如，该比值大于等于 0.1小于等于1，例如该比值为1。

本公开的实施例提供的阻变存储器测试方法还可以通过判定结束测试 过程。

例如，在本公开一些实施例提供的阻变存储器测试方法中，在每个测试 周期中还包括：判断第二阻值R2和第一阻值R1的比值是否小于预定比值， 若判断结果为是，则结束该测试方法。该结束判定适用于阻变存储器随着测 试过程的持续逐渐失效的情形。

例如，本公开一些实施例提供的阻变存储器测试方法还包括：判断测试 周期的重复次数是否达到预定目标次数，若判断结果为是，则结束该测试方 法。该结束判定适用于阻变存储器的耐久性寿命超过预期的情形。

需要说明的是，本公开的实施例提供的阻变存储器测试方法可以同时包 括上述两种结束判定方法，本公开的实施例对此不作限制。

本公开一些实施例还提供一种阻变存储器测试装置，如图7所示，该测 试装置1包括存储器10和处理器20。存储器10存储有可执行指令，该可执 行指令可由处理器20执行以实现本公开任一实施例提供的测试方法。

需要说明的是，本公开的实施例并没有给出该测试装置的全部结构。为 使该测试装置实现本公开的实施例提供的测试方法，本领域技术人员可以理 解，该测试装置还可以包括其他必要的结构、单元或者模块。例如该测试装 置1包括SMU模块和PMU模块等，或者将该测试装置1与其他必要的辅 助测试装置(例如，包括SMU模块和PMU模块的辅助测试装置)进行连 接，本公开的实施例对此不作限制。

本领域技术人员应该理解可依赖于设计需求和其它困素对本公开进行 各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求书及其等价物 的范围内。

有以下几点需要说明：(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例 涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。(2)为了清晰起见，本公开实施 例附图(例如图3A和图7)并非按照实际的比例绘制。(3)在不冲突的情 况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施 例。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限 于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种阻变存储器测试方法，包括至少一个测试周期；其中，

每个所述测试周期包括对所述阻变存储器进行循环测试操作和采样操作；

所述循环测试操作包括多个周期，每个周期包括复位操作和置位操作，所述复位操作被配置为对所述阻变存储器施加复位电压以使得所述阻变存储器处于高阻态，所述置位操作被配置为对所述阻变存储器施加置位电压以使得所述阻变存储器处于低阻态；

所述采样操作被配置为读取所述阻变存储器的电阻值；

每个所述测试周期还包括根据本次测试周期中的所述采样操作获取的所述阻变存储器的电阻值，调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压或者调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述采样操作包括第一采样操作，

所述第一采样操作包括所述置位操作以及在所述置位操作完成后的第一读操作，所述第一读操作被配置为读取所述阻变存储器处于低阻态时的第一阻值，

所述采样操作获取的所述阻变存储器的电阻值包括所述第一阻值。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其中，所述采样操作还包括第二采样操作，

所述第二采样操作包括所述复位操作以及在所述复位操作完成后的第二读操作，所述第二读操作被配置为读取所述阻变存储器处于高阻态时的第二阻值，

所述采样操作获取的所述阻变存储器的电阻值还包括所述第二阻值。

4.根据权利要求3所述的测试方法，其中，根据本次测试周期中的所述采样操作获取的所述阻变存储器的电阻值，调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压或者调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压，包括：

判断本次测试周期中所获得的所述第一阻值是否在第一目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压；或者

判断本次测试周期中所获得的所述第一阻值是否在第一目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其中，调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压包括：

若所述第一阻值高于所述第一目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压增加第一预定电压值，并将增加后的置位电压作为所述下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压；以及

若所述第一阻值低于所述第一目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压减小所述第一预定电压值，并将减小后的置位电压作为所述下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压。

6.根据权利要求4所述的测试方法，其中，调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压包括：

若所述第一阻值高于所述第一目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压减小第一预定电压值，并将减小后的复位电压作为所述下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压；以及

若所述第一阻值低于所述第一目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压增加所述第一预定电压值，并将增加后的复位电压作为所述下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压。

7.根据权利要求3所述的测试方法，其中，根据本次测试周期中的所述采样操作获取的所述阻变存储器的电阻值，调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压或者调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压，包括：

判断本次测试周期中所获得的所述第二阻值是否在第二目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压；或者

判断本次测试周期中所获得的所述第二阻值是否在第二目标阻值区间内，如果判断结果为否，则调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其中，调整下一个测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压包括：

若所述第二阻值高于所述第二目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压减小第一预定电压值，并将减小后的复位电压作为所述下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压；以及

若所述第二阻值低于所述第二目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述复位操作所采用的复位电压增加所述第一预定电压值，并将增加后的复位电压作为所述下一个测试周期中进行所述复位操作的复位电压。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其中，调整下一个测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压包括：

若所述第二阻值高于所述第二目标阻值区间的最大值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压增加第一预定电压值，并将增加后的置位电压作为所述下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压；以及

若所述第二阻值低于所述第二目标阻值区间的最小值，则将所述本次测试周期中进行所述置位操作所采用的置位电压减小所述第一预定电压值，并将减小后的置位电压作为所述下一个测试周期中进行所述置位操作的置位电压。

10.根据权利要求5-6、8-9任一所述的测试方法，其中，所述第一预定电压值的取值范围为0.01V–0.1V。

11.根据权利要求3-9任一所述的测试方法，还包括：在第一个所述测试周期之前对所述阻变存储器进行预处理操作；其中，

所述预处理操作包括：

对所述阻变存储器进行初始化操作以使得所述阻变存储器变为可用状态；

完成所述初始化操作后读取所述阻变存储器的电阻值并将该电阻值作为初始化阻值；以及

根据所述初始化阻值确定第一目标阻值区间以及第二目标阻值区间；

其中，所述第一目标阻值区间以及所述第二目标阻值区间用于所述预处理操作以后的所述至少一个测试周期中。

12.根据权利要求11所述的测试方法，其中，所述预处理操作还包括：

对所述阻变存储器进行多次第三采样操作以及多次第四采样操作，所述第三采样操作和所述第四采样操作是交替进行的，所述第三采样操作包括所述置位操作以及在所述置位操作完成后的第三读操作，所述第三读操作被配置为读取所述阻变存储器处于低阻态时的第三阻值，所述第四采样操作包括所述复位操作以及在所述复位操作完成后的第四读操作，所述第四读操作被配置为读取所述阻变存储器处于高阻态时的第四阻值；

在每次完成所述第三采样操作后，判断所述第三阻值是否在所述第一目标阻值区间内；以及

在每次完成所述第四采样操作后，判断所述第四阻值是否在所述第二目标阻值区间内。

13.根据权利要求12所述的测试方法，其中，在所述预处理操作中，

如果所述第三阻值高于所述第一目标阻值区间的最大值，则将进行所述第三采样操作中的置位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的第一栅极电压增加第二预定电压值；

如果所述第三阻值低于所述第一目标阻值区间的最小值，则将所述第一栅极电压减小所述第二预定电压值；

如果所述第四阻值高于所述第二目标阻值区间的最大值，则将进行所述第四采样操作中的复位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的第二栅极电压增加所述第二预定电压值；

如果所述第四阻值低于所述第二目标阻值区间的最小值，则将所述第二栅极电压减小所述第二预定电压值。

14.根据权利要求13所述的测试方法，其中，在所述预处理操作中，

如果所述第三阻值在所述第一目标阻值区间内，则将进行最后一次所述第三采样操作中的置位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的电压记为第一目标栅极电压；

如果所述第四阻值在所述第二目标阻值区间内，则将进行最后一次所述第四采样操作中的复位操作时，施加在所述阻变存储器的栅极的电压记为第二目标栅极电压；

其中，所述第一目标栅极电压和所述第二目标栅极电压用于所述预处理操作以后的所述至少一个测试周期中。

15.根据权利要求13或14所述的测试方法，其中，所述第二预定电压值的取值范围为0.01V–0.1V。

16.根据权利要求11所述的测试方法，其中，所述第二目标阻值区间的中心值与所述第一目标阻值区间的中心值的比值大于等于1.5且小于等于10。

17.根据权利要求3-9任一所述的测试方法，其中，每个所述测试周期还包括：

判断所述第二阻值和所述第一阻值的比值是否小于预定比值，若判断结果为是，则结束所述测试方法。

18.根据权利要求3-9任一所述的测试方法，还包括：

判断所述测试周期的重复次数是否达到预定目标次数，若判断结果为是，则结束所述测试方法。

19.根据权利要求1-9任一所述的测试方法，其中，所述阻变存储器包括模拟型阻变存储器。

20.一种阻变存储器测试装置，包括存储器和处理器；其中，

所述存储器存储有可执行指令，所述可执行指令可由所述处理器执行以实现如权利要求1-19任一所述的测试方法。

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