CN111965462A - 用于选通管疲劳特性测试的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于选通管疲劳特性测试的装置及方法，其中，该装置包括：分压元件和计数器，分压元件与待测选通管相连接，用于在测试过程中为待测选通管进行分压；计数器与待测选通管相连接，用于检测待测选通管的电压和/或电流变化。通过将待测试的选通管作为震荡器的组成部分，使得本发明的装置结构更加精简，从而省去了脉冲发生器、判断电路等复杂电路组成，此外基于选通管的特性实现周期性的电压和/或电流的震荡，使得测试周期更短，节约了测试时长，而且该装置的组成极为简单，成本极低，具有重要的商业应用价值。

Description

用于选通管疲劳特性测试的装置及方法

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种用于选通管疲劳特性测试的装置及方法。

背景技术

半导体存储器，根据其掉电是否能够保持存储信息，可以分为两类：易失性存储器和非易失性存储器。随着便携式电子设备的普及，非易失性存储器在存储器市场中的份额也越来越大。当前FLASH技术是非易失存储器市场的主流，然而FLASH技术正遇到一系列的瓶颈问题比如操作电压大，尺寸无法缩小，保持时间不够长等。与之对应的是，阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)由于操作电压低、非破坏性读取、操作速度快和结构简单易于集成等优点成为新型非易失性存储器的研究重点。但是，阻变存储器阵列存在比较严重的串扰(Crosstalk)问题。这样的串扰问题会随着阵列数量、尺寸的扩大而更加严重，直接影响RRAM存储器的可靠性，阻碍其迈向应用。

为解决串扰问题，目前已提出具有集成MOS管的1T1R结构的阻变存储器、外界二极管的1D1R结构的阻变存储器和串联一个选通管的1S1R结构的阻变存储器。在1T1R结构的RRAM中，存储单元的面积主要取决于晶体管的面积，无法发挥RRAM结构简单器件面积小的优点；对于1D1R结构的RRAM，相对1S1R结构的RRAM来说在限制串扰电流方面能力偏弱。可见，1S1R结构的RRAM是目前比较理想的解决串扰问题的结构。

在实际应用中，每一次的读取RRAM的选通管都要开启一次，因此选通管的疲劳特性(可开启次数)决定了的实际应用。现有技术中对于选通管疲劳特性的测量方法是利用脉冲发生器，对器件进行脉冲操作，然后通过读取关闭状态阻值的方式验证器件是否失效。该测量方法所需要的系统包括脉冲发生器、读取电路和判断电路，系统复杂度较高，且由于每次都要读取和判断，造成测试时间长。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中用于选通管疲劳特性测试的控制系统复杂度较高、测试时间长的技术问题，本发明公开了一种用于选通管疲劳特性测试的装置及方法。

(二)技术方案

本发明的一个方面公开了一种用于选通管疲劳特性测试的装置，其中，包括：分压元件和计数器，分压元件与待测选通管相连接，用于在测试过程中为待测选通管进行分压；计数器与待测选通管相连接，用于检测待测选通管的电压和/或电流变化。

可选地，分压元件与待测选通管串联连接构成一震荡器，震荡器用于在测试过程中体现待测选通管的电压和/或电流的变化。

可选地，该装置还包括一震荡控制器，震荡控制器一端连接于震荡器，用于控制震荡器的震荡周期的大小；震荡控制器另一端接地，用以实现与震荡器并联的控制通路。

可选地，分压元件的另一端接地，实现装置的测试通路。

可选地，分压元件具有阻值R_f，满足：

R_{x_min}≤R_f≤R_{x_max}

其中，R_{x_min}为待测选通管的开启电压大于其阈值电压时的电阻阻值，R_{x_max}为待测选通管的开启电压小于其阈值电压时的电阻阻值。

可选地，该装置还包括：电源，与震荡器相连接，用于向震荡器进行恒压供电。

可选地，计数器与待测选通管并联，用于检测待测选通管的电压变化。

可选地，计数器与待测选通管串联，用于检测待测选通管的电流变化。

本发明的另一个方面公开了一种用于选通管疲劳特性测试的方法，应用于上述的装置，其中，方法包括：电源向由分压元件与待测选通管构成的震荡器进行恒压供电，以实现在测试过程中待测选通管的电压和/或电流的变化；以及响应于恒压供电，实现震荡器的至少一个震荡周期。

可选地，响应于恒压供电，实现震荡器的至少一个震荡周期包括：响应于恒压供电，实现待测选通管的开启电压大于待测选通管的阈值电压，以减小装置的测试通路中的电流；响应于测试通路中的电流减小，实现待测选通管的开启电压小于待测选通管的阈值电压，以完成震荡器的至少一个震荡周期；其中，分压元件与待测选通管串联连接构成震荡器，震荡器用于在测试过程中体现待测选通管的电压和/或电流的变化。

(三)有益效果

本发明公开了一种用于选通管疲劳特性测试的装置及方法，其中，该装置包括：分压元件和计数器，分压元件与待测选通管相连接，用于在测试过程中为待测选通管进行分压；计数器与待测选通管相连接，用于检测待测选通管的电压和/或电流变化。通过将待测试的选通管作为震荡器的组成部分，使得本发明的装置结构更加精简，从而省去了脉冲发生器、判断电路等复杂电路组成，此外基于选通管的特性实现周期性的电压和/或电流的震荡，使得测试周期更短，节约了测试时长，而且该装置的组成极为简单，成本极低，具有重要的商业应用价值。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的逻辑组成示意图；

图2A是根据本发明实施例的选通管的电压-电流关系示意图；

图2B是根据本发明实施例的选通管失效前的电压-时间关系示意图；

图2C是根据本发明实施例的选通管失效后的电压-时间关系示意图；

图3A是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的一计数器的逻辑组成示意图；

图3B是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的另一计数器的逻辑组成示意图；

图4是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的震荡控制器的逻辑组成示意图；

图5是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在现有技术中，每一次对RRAM的读取都需要对其选通管实现一次开启，选通管的开启-关闭次数决定了该RRAM器件的实际使用寿命，体现了该RRAM器件的选通管的疲劳特性。现有技术中对选通管的疲劳特性的测试需要采用脉冲发生器，对器件进行脉冲操作，基于该脉冲操作读取开启和关闭状态的选通管的阻值的方式来验证选通管的开启-关闭次数，同时以判断该选通管是否失效。因此，现有技术中需要给脉冲发生器匹配读取电路和判断电路，对电路系统的组成复杂度要求较高，且因此易于造成测试时间过长。

为解决现有技术中用于选通管疲劳特性测试的控制系统复杂度较高、测试时间长的技术问题，本发明公开了一种用于选通管疲劳特性测试的装置及方法。

图1是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的逻辑组成示意图。

如图1所示，本发明的一个方面公开了一种用于选通管疲劳特性测试的装置，其中，选通管210即待测选通管，该装置包括：分压元件220和计数器，分压元件220与待测试的选通管210相连接，用于在测试过程中为选通管210进行分压；计数器103与待测选通管210相连接，用于检测待测选通管210的电压和/或电流变化。

根据本公开的实施例，分压元件220与待测选通管210串联连接构成一震荡器102，震荡器102用于在测试过程中体现选通管210的电压和/或电流的变化。

如图1所示，根据本发明的实施例，其中，计数器103用于与震荡器102连接，使得计数器103可以记录震荡器102的震荡次数，以反应待测试的选通管210的开启次数。其中，该选通管210的开启次数可以基于选通管210的电压变化或测试电路中的电流变化为测试对象，具体参照下文描述。

可见，本申请的装置是通过将待测试的选通管210作为震荡器102的组成部分，使得本发明的装置结构更加精简，从而省去了脉冲发生器、判断电路等复杂电路组成，此外基于选通管210的特性实现周期性的电压和/或电流的震荡，使得测试周期更短，节约了测试时长，而且该装置的组成极为简单，成本极低，具有重要的商业应用价值。

如图1所示，根据本发明的实施例，其中，分压元件220的一端与选通管210连接，以与选通管210构成串联关系，以形成具有测试通路的一震荡器102，分压元件220用于在测试过程中为选通管210进行分压。如图1所示，分压元件220需要与待测试的选通管210串联设置，具有恒定电阻，以为该选通管210分压。也即电压101的电压是施加于选通管210和分压元件220上的，当电源101施加的固定电压值为V_G时，选通管210上的电压为V_x，分压元件220上的电压为V_f，则三者满足：

V_G＝V_x+V_f

其中，V_x≥V_th，V_th为选通管210的阈值电压。

当电源101施加于震荡器102的选通管210上的供电电压值V_x达到或大于待测试选通管210的阈值电压V_th时，选通管210开始工作，选通管210的阻值减小，流经选通管210的电流自初始值增大至限流，对应于选通管210的开启。此时，分压元件220上的电阻阻值不变，且由于电源101施加的总电压V_G固定。因此，分压元件220上的电压V_f会随测试通路中的电流增大而增大，相应地，选通管210上的电压V_x会随电流增大而减小。当该选通管210的电流增大至限流后，选通管210的阻值增大，流经选通管210的电流减小至初始值。如此，分压元件220上的电压V_f会随测试通路中的电流减小而减小，相应地，选通管210上的电压V_x会随电流减小而增大，即完成一次选通管210的开启循环。其中，该电流初始值对应的为该选通管210未开启前对应上述固定电压值V_x的电流值。

其中，分压元件220可以是一具有恒定电阻值的电阻器件或晶体管器件。分压元件220在为测试电路起到分压，以利于震荡器更好地利用选通管阈值特性实现电流和/或电压的震荡之外，还能够有助于保护测试电路，防止选通管210被高电压击穿损坏的情况。该震荡器102的结构组成极为简单，利用了选通管210本身的阈值特性，结合分压元件220即可以实现对震荡器102的震荡效果，且该震荡效果真实反映了选通管210自身的开启次数，使得测试结果更为精准。

因此，借助于选通管210的阈值特性实现了周期性的电压和/或电流的震荡，使得测试周期更短，节约了测试时长，而且该装置的组成极为简单。

根据本发明的实施例，其中，分压元件220的另一端用于接地，实现装置的测试通路。

根据本发明的实施例，其中，分压元件220具有阻值R_f，满足：

R_{x_min}≤R_f≤R_{x_max}

其中，R_{x_min}为选通管210的开启电压大于其阈值电压时的电阻阻值，R_{x_max}为选通管210的开启电压小于其阈值电压时的电阻阻值。其中，当分压元件220为晶体管器件时，该晶体管器件可以通过设置栅极电压来实现该晶体管器件的阻值R_f介于选通管210开启前电阻阻值R_{x_min}和开启后电阻阻值R_{x_max}之间。因此，可以保证选通管210的开启次数的循环以及防止选通管击穿，以使得测试过程的顺利进行。

根据本发明的实施例，如图1所示，该装置还包括：电源101，与震荡器102相连，用于向震荡器102进行恒压供电。电源101可以是一提供固定电压值的供电元件，其中，供电电压值V_G最小应等于待测试选通管210的阈值电压V_th，具体地，电源101供电电压值V_G满足：

V_G≥V_th

其中，0V＜V_G≤3V。

图2A是根据本发明实施例的选通管的电压-电流关系示意图。

如图2A所示，当电源101施加于震荡器102的选通管210上的供电电压值V_G达到或大于待测试选通管210的阈值电压V_th时，选通管210开始工作，选通管210的阻值减小，流经选通管210的电流自初始值增大至限流。其中，选通管210的电流增大并非是缓慢变化。此时，对应于选通管210的开启，即该阈值电压V_th为开启电压。当该选通管210的电流增大至限流后，选通管210的阻值增大，流经选通管210的电流减小至初始值，该电流减小也并非是缓慢变化，如此完成一次选通管210的开启。其中，该电流初始值对应的为该选通管210未开启前对应上述固定电压值V_G的电流值。

图2B是根据本发明实施例的选通管失效前的电压-时间关系示意图；图2C是根据本发明实施例的选通管失效后的电压-时间关系示意图。

如图2B所示，借助于上述具有阈值开关特性的选通管210器件，在对该选通管210施加固定电压的情况下，选通管210的循环开启，其循环开启次数即对应于震荡器102的往复震荡的次数。如图2C所示，当该选通管210自施加固定电压起，直至其开启失效。自该选通管210的失效之后，其阻值固定，其流经电流值也趋于固定。

图3A是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的计数器的逻辑组成示意图；图3B是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的计数器的逻辑组成示意图。

如图3A所示，根据本发明的实施例，计数器103与选通管210并联，用于检测选通管210的电压变化。

由于选通管210自身的阈值特性，在电源101施加于震荡器102的电压值固定不变的情况下：选通管210的电压V_x达到或超过其阈值电压V_th时，用于组成测试电路的震荡器102的内部电流在流经相互串联的选通管210和分压元件220时会因选通管210的阻值减小而增大，从而使得分压元件220上的电压V_f因电流增大而增大，选通管210的电压V_x则分压元件220的分压V_f增大而减小，完成选通管210的开启；当选通管210的电压V_x小于其阈值电压V_th时，选通管210的阻值增大，从而使得震荡器102中的通路电流减小，分压元件220上的电压V_f因电流减小而减小，选通管210的电压V_x则分压元件220的分压V_f减小而增大，完成选通管210的关闭，并使得选通管210恢复至初始状态。

至此，选通管210完成一次开启-关闭过程。重复该开启-关闭过程直至选通管失效，并在此过程中，通过计数器103与选通管并联设置即可以实时监测选通管210的电压值变化次数，即可获得选通管210失效前的开启次数，即以电压变化反映其疲劳特性。

如图3B所示，根据本发明的实施例，其中，计数器103与选通管210串联，用于检测选通管210的电流变化。

由于选通管210自身的阈值特性，在电源101施加于震荡器102的电压值固定不变的情况下：选通管210的电压V_x达到或超过其阈值电压V_th时，用于组成测试电路的震荡器102的内部电流在流经相互串联的选通管210和分压元件220时会因选通管210的阻值减小而增大，并达到最大限流，完成选通管210的开启；当选通管210的电压V_x小于其阈值电压V_th时，选通管210的阻值增大，从而使得震荡器102中的通路电流减小，完成选通管210的关闭，并使得选通管210恢复至初始状态。

至此，选通管210完成一次开启-关闭过程。重复该开启-关闭过程直至选通管失效，并在此过程中，通过计数器103与选通管串联设置即可以实时监测选通管210的电流值变化次数，即可获得选通管210失效前的开启次数，即以电流变化反映其疲劳特性。

图4是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置的震荡控制器的逻辑组成示意图；

如图4所示，根据本发明的实施例，其中，该装置还包括：震荡控制器104，震荡控制器104一端连接于震荡器102，用于控制震荡器102的震荡周期的大小，震荡控制器104另一端接地，以实现与震荡器102并联的控制通路。

震荡控制器104可以是一电容器件，具体地，该电容器件可以具有一RC充放电电路。当电源101施加固定电压V_G于震荡器102和震荡控制器104上时，借助于RC充放电电路，可以实现施加于选通管210上的电压Vx的缓慢上升或下降。因此，通过震荡控制器104即可以实现对选通管210电压V_x的作用时间的长短调控，例如对选通管210的开启过程和关闭过程的作用时长的调控，最终反映地是对选通管210的开启-关闭这一循环重复过程的时间调控。其中，震荡周期即该选通管210的测试过程中，其中一开启-关闭过程的时间。

因此，通过震荡控制器104，本申请的装置还可以实现对选通管210的测试过程中测试周期的长短调控，以适应各种不同选通管的测试要求，同时也可以据此实现对选通管测试周期的缩短，使得测试过程更加可控。

需要说明的是，震荡控制器104可以与震荡器102的分压元件实现并联，并构成相应的控制通路。

至此，已经结合附图1-图4对本公开实施例的用于选通管疲劳特性测试的装置进行了详细描述。

图5是根据本发明实施例的用于选通管疲劳特性测试的方法的流程示意图。

如图1-图5所示，本发明的另一个方面公开了一种用于选通管疲劳特性测试的方法，应用于上述的用于选通管疲劳特性测试的装置，其中，该方法包括：

S501：控制电源101向震荡器102进行恒压供电，以实现在测试过程中选通管210的电压和/或电流的变化；以及

S502：响应于恒压供电，实现震荡器102的至少一个震荡周期；

其中，该装置包括：分压元件220，分压元件220与待测试的选通管210相连接，以构成震荡器102。

可见，本申请的装置是通过将待测试的选通管210作为震荡器102的组成部分，使得本发明的装置结构更加精简，从而省去了脉冲发生器、判断电路等复杂电路组成，此外基于选通管210的特性实现周期性的电压和/或电流的震荡，使得测试周期更短，节约了测试时长，而且该装置的组成极为简单，成本极低，具有重要的商业应用价值。

如图1-图5所示，根据本公开的实施例，其中，响应于恒压供电，实现震荡器102的至少一个震荡周期包括：

响应于恒压供电，控制选通管210的开启电压大于选通管210的阈值电压，以减小装置的测试通路中的电流；

响应于测试通路中的电流减小，控制选通管210的开启电压小于选通管210的阈值电压，以完成震荡器102的至少一个震荡周期。

本领域技术人员应当可以基于前述关于装置的描述，来获得上述方法的技术内容，此处不再赘述。

至此，已经结合附图1-图5对本公开实施例的用于选通管疲劳特性测试的方法进行了详细描述。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于选通管疲劳特性测试的装置，其特征在于，包括：

分压元件，与待测选通管相连接，用于在测试过程中为所述待测选通管进行分压；以及

计数器，与所述待测选通管相连接，用于检测所述待测选通管的电压和/或电流变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述分压元件与所述待测选通管串联连接构成一震荡器，所述震荡器用于在测试过程中体现所述待测选通管的电压和/或电流的变化。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括一震荡控制器，其中：

所述震荡控制器一端连接于所述震荡器，用于控制所述震荡器的震荡周期的大小；

所述震荡控制器另一端接地，用以实现与所述震荡器并联的控制通路。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述分压元件的另一端接地，实现所述装置的测试通路。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述分压元件具有阻值R_f，满足：

R_{x_min}≤R_f≤R_{x_max}

其中，R_{x_min}为所述待测选通管的开启电压大于其阈值电压时的电阻阻值，R_{x_max}为所述待测选通管的开启电压小于其阈值电压时的电阻阻值。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

电源，与所述震荡器相连接，用于向所述震荡器进行恒压供电。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计数器与所述待测选通管并联，用于检测所述待测选通管的电压变化。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计数器与所述待测选通管串联，用于检测所述待测选通管的电流变化。

9.一种用于选通管疲劳特性测试的方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：

电源向由分压元件与待测选通管构成的震荡器进行恒压供电，以实现在测试过程中待测选通管的电压和/或电流的变化；以及

响应于所述恒压供电，实现所述震荡器的至少一个震荡周期。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述响应于所述恒压供电，实现所述震荡器的至少一个震荡周期包括：

响应于所述恒压供电，实现待测选通管的开启电压大于待测选通管的阈值电压，以减小所述装置的测试通路中的电流；

响应于所述测试通路中的电流减小，实现待测选通管的开启电压小于待测选通管的阈值电压，以完成所述震荡器的至少一个震荡周期；

其中，所述分压元件与所述待测选通管串联连接构成所述震荡器，所述震荡器用于在测试过程中体现所述待测选通管的电压和/或电流的变化。

Images