[發明專利]一種對阻變隨機存儲器電導弛豫效應特征參數的提取方法

在審

• 申請號: 202011164982.X
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112382331A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 吳華強;胡琪;唐建石;高濱;錢鶴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G11C29/50
• 分類號: G11C29/50
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

1.一種對阻變隨機存儲器電導弛豫效應特征參數的提取方法，包括以下步驟：

(1)使用激活信號V₀，對阻變隨機存儲器進行激活操作，在阻變隨機存儲器中形成導電細絲；

其中的激活信號V₀為直流信號或脈沖信號，其中脈沖信號的幅值范圍為0到5伏特，脈沖寬度范圍為100納秒到100微秒，直流信號的幅值范圍為0到4伏特，使阻變隨機存儲器的電阻值小于100千歐姆；

(2)對步驟(1)激活后的阻變隨機存儲器施加多次工作信號U，工作信號為方波脈沖信號，每組工作信號包括一個正向電壓與一個負向電壓，正向電壓的幅值范圍為0到4伏特，持續時間范圍為1毫秒到1秒，負向電壓范圍為0到-4伏特，持續時間范圍為1毫秒到1秒，施加正向電壓后讀取阻變隨機存儲器的電阻值，為低阻態電阻值，施加負向電壓后讀取阻變隨機存儲器的電阻值，為高阻態電阻值，每次施加工作信號后，比較前后兩次讀取的低阻態電阻值和高阻態電阻值，當前后兩次讀取的高阻態電阻值的差值小于前次讀取的高阻態電阻值的5％，且前后兩次讀取的低阻態電阻值的差值小于前次讀取的低阻態電阻值的5％時，認為合格，連續10次以上施加工作信號均為合格時，認為阻變隨機存儲器達到了穩定狀態；

(3)對步驟(2)的阻變隨機存儲器，進行穩定電導值G₀的選取，包括以下步驟：

(3-1)對步驟(2)達到穩定狀態的阻變隨機存儲器施加一個激勵信號V_1-1，激勵信號V_1-1為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值范圍為0.3到0.6伏特、持續時間范圍為1到10毫秒；

(3-2)間隔10毫秒后，對阻變隨機存儲器施加一個讀取信號D₁，讀取信號D₁為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值范圍為0.1到0.2伏特、持續時間為10毫秒；

(3-3)讀取此時阻變隨機存儲器的電阻值，對該讀取的電阻值進行確認，若該電阻值小于50千歐姆，則認為阻變隨機存儲器達到低阻態，進行步驟(3-5)，若電阻值大于50千歐姆，則以0.1伏特的差值，增加激勵信號V_1-1的幅值，間隔10毫秒后，施加讀取信號D₁，讀取阻變隨機存儲器的電阻值；

(3-4)重復步驟(3-3)，直至阻變隨機存儲器的電阻值小于50千歐姆，進行步驟(3-5)；

(3-5)設置穩定電導值的波動閾值ω，重復步驟(3-1)-步驟(3-4)，在重復過程中，當連續5次以上的讀取電導值G_m滿足條件G₀-ω＜G_m＜G₀+ω時，將G₀作為阻變隨機存儲器的穩定電導值；

(4)使阻變隨機存儲器達到穩定電導值G₀，具體過程如下：

(4-1)對阻變隨機存儲器施加一個激勵信號V_1-2，激勵信號V_1-2為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值范圍為0.3到0.7伏特、持續時間范圍為10毫秒到1微秒；

(4-2)間隔10毫秒后，對阻變隨機存儲器施加一個讀取信號D₂，讀取信號為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為0.1伏特，方波脈沖信號的持續時間為10毫秒；

(4-3)讀取阻變隨機存儲器的電導值G₁，設定一個波動閾值λ，根據穩定電導值G₀與波動閾值λ，對電導值G₁進行判斷，若G₀+λ≥G₁≥G₀-λ，則認為阻變隨機存儲器達到穩定電導值G₀，進行步驟(5)，若G₁＜G₀-λ，則進行步驟(4-4)，若G₁＞G₀+λ，則進行步驟(4-6)；

(4-4)以0.1伏特的差值，增加激勵信號V_1-2，即對阻變隨機存儲器施加一個激勵信號，該激勵信號的幅值范圍為0.4到0.8伏特、持續時間范圍為10毫秒到1微秒的方波脈沖信號，間隔10毫秒后，施加一個幅值為0.1伏特，持續時間為10毫秒的方波脈沖，讀取阻變隨機存儲器的電導值G₂；

(4-5)根據電導值G₀與波動閾值λ，對電導值G₂進行判斷，若G₀+λ≥G₂≥G₀-λ，則認為阻變隨機存儲器達到穩定電導值G₀，進行步驟(5)，若G₂＜G₀-λ，則返回步驟(4-4)，若G₂＞G₀+λ，則進行步驟(4-6)；

(4-6)對阻變隨機存儲器施加一個反向的激勵信號-V_1-2，激勵信號為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值范圍為-0.3到-0.7伏特、持續時間范圍為10毫秒到1微秒，間隔10毫秒后，對阻變隨機存儲器施加一個讀取信號D₃，讀取信號為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為0.1伏特，方波脈沖信號的持續時間為10毫秒，讀取阻變隨機存儲器的電導值G₃；

(4-7)根據電導值G₀與波動閾值λ，對電導值G₃進行判斷，若G₀+λ≥G₃≥G₀-λ，則認為阻變隨機存儲器達到穩定電導值G₀，進行步驟(5)，若G₃＜G₀-λ，則返回步驟(4-4)，若G₃＞G₀+λ，則進行步驟(4-8)；

(4-8)以-0.1伏特的差值，增加反向激勵信號-V₂，即對阻變隨機存儲器施加一個激勵信號，該激勵信號的幅值范圍為-0.4到-0.8伏特、持續時間范圍為10毫秒到1微秒的方波脈沖信號，間隔10毫秒后，施加一個幅值為0.1伏特，持續時間為10毫秒的方波脈沖，讀取阻變隨機存儲器的電導值G₄；

(4-9)根據電導值G₀與波動閾值λ，對電導值G₄進行判斷，若G₀+λ≥G₄≥G₀-λ，則認為阻變隨機存儲器達到穩定電導值G₀，進行步驟(5)，若G₄＜G₀-λ，則返回步驟(4-4)，若G₄＞G₀+λ，則返回步驟(4-8)；

(4-10)重復步驟(4-4)到步驟(4-9)，直至阻變隨機存儲器的電導值介于G₀-λ與G₀+λ之間，則認為阻變隨機存儲器達到穩定電導值G₀，進行步驟(5)；

(5)對阻變隨機存儲器進行弛豫測試，得到阻變隨機存儲器在1秒內的電導值，包括以下步驟：

(5-1)對阻變隨機存儲器施加一個讀取信號D₄，讀取信號D₄為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為0.1～0.2伏特、持續時間為10毫秒，讀取信號的總持續時間為1秒，讀取與該讀取信號D₄相對應的阻變隨機存儲器1秒內的電導值，記為測量電導值G_i；

(5-2)利用下式，計算弛豫測試內阻變隨機存儲器的測量電導值G_i的標準差σ_R1：

其中，G_i代表弛豫測試內阻變隨機存儲器的測量電導值，代表弛豫測試內所有測量電導值的平均值，N代表弛豫測試期間的測量次數，i代表弛豫測試中測試的序號，i為1～N，G_i代表弛豫測試內的測量電導值，G₀是步驟(3)中的穩定電導值；

(6)繼續對阻變隨機存儲器施加多次讀取信號D₅，讀取信號D₅為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為0.1～0.2伏特，持續時間為10毫秒，讀取信號的總持續時間為9秒；

(7)對步驟(6)的阻變隨機存儲器進行隨機電報噪聲測試，得到阻變隨機存儲器的隨機電報噪聲的標準差σ_RTN，包括以下步驟：

(7-1)對阻變隨機存儲器施加一個讀取信號D₆，讀取信號D₆為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為0.1～0.2伏特，持續時間為10毫秒，總持續時間為1秒，讀取與該讀取信號D₅相對應的阻變隨機存儲器1秒內的電導值，記為G′_j；

(7-2)利用下式，計算隨機電報噪聲測試內測量的阻變隨機存儲器的電導值的標準差σ_RTN：用來代表阻變隨機存儲器的隨機電報噪聲的標準差：

其中，G′_j代表噪聲測試期間的實際測量的阻變隨機存儲器的電導值，代表隨機電報噪聲測試期間的所有測量的電導值的平均值，M代表隨機電報噪聲測試期間的測量次數，j代表噪聲測試中測試的序號，范圍為1到M；

(8)對阻變隨機存儲器進行擦除操作，包括以下步驟：

(8-1)對阻變隨機存儲器施加一個擦除信號V₂，擦除信號V₂為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為-0.3～-0.6伏特，持續時間為1到10毫秒；

(8-2)間隔10毫秒后，對阻變隨機存儲器施加一個讀取信號D₇，讀取信號為方波脈沖信號，方波脈沖信號的幅值為0.1～0.2伏特，持續時間為10毫秒，讀取與讀取信號D₇相對應的阻變隨機存儲器的電阻值，對該電阻值進行判斷，若該電阻值大于100千歐姆，則認為阻變隨機存儲器已經達到高阻態，進行步驟(9)，若阻變隨機存儲器的電阻值小于或等于100千歐姆，則以-0.1伏特的差值，增加擦除信號V₂的幅值，間隔10毫秒后，施加讀取信號D₇；

(8-3)重復步驟(8-2)，直至阻變隨機存儲器的電阻值大于100千歐姆，進行步驟(9)；

(9)提取阻變隨機存儲器的穩定電導值為G₀時的電導弛豫效應特征參數，包括以下步驟：

(9-1)對步驟(5)的標準差σ_R1與步驟(7)的標準差σ_RTN進行比較，若σ_R1≥2σ_RTN，則返回步驟(5)，若0＜σ_R1＜2σ_RTN，則進行步驟(9-2)；

(9-2)根據步驟(5)測量的阻變隨機存儲器1秒內的電導值，設定一個阻變隨機存儲器測量電導值的閾值μ，將步驟(7)的弛豫測試過程中的每次測量電導值G_i與上次測量的電導值G_i-1進行比較，若|G_i-G_i-1|＜μ，則認為電導值G_i與G_i-1處于同一個區域，若|G_i-G_i-1|≥μ，則認為電導值G_i與G_i-1處于不同的區域；

(9-3)計算每個區域的電導值平均值

(9-4)將步驟(5)的電導值G_i與步驟(9-3)的本區域的平均電導值的差值與步驟(7)隨機電報噪聲測試中得到的σ_RTN進行比較，若則令過濾后的電導值G″_k等于區域內的最大電導值G_max，若則過濾后的電導值G″_k＝G_i；過濾效果如圖6所示。

(9-5)利用下式，計算阻變隨機存儲器電導弛豫效應特征參數σ_{R2_p}，

其中，G″_k代表過濾后的電導值，G₀是步驟(3)中的穩定電導值，L代表步驟(5)弛豫測試期間的測量次數，k代表隨機電報噪聲過濾中的電導值的序號，范圍為1到L。