[發(fā)明專利]一種對阻變隨機存儲器電導弛豫效應特征參數(shù)的提取方法

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• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112382331A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 吳華強;胡琪;唐建石;高濱;錢鶴
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)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(shù)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(xù)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(xù)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(tài)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(tài)電阻值，每次施加工作信號后，比較前后兩次讀取的低阻態(tài)電阻值和高阻態(tài)電阻值，當前后兩次讀取的高阻態(tài)電阻值的差值小于前次讀取的高阻態(tài)電阻值的5％，且前后兩次讀取的低阻態(tài)電阻值的差值小于前次讀取的低阻態(tài)電阻值的5％時，認為合格，連續(xù)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(wěn)定狀態(tài)；

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

(3-1)對步驟(2)達到穩(wěn)定狀態(tài)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(xù)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(xù)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(tài)，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(wěn)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(xù)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(wěn)定電導值；

(4)使阻變隨機存儲器達到穩(wěn)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(xù)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(xù)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(jù)穩(wěn)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(wěn)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(xù)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(xù)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(jù)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(wěn)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(xù)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(xù)時間為10毫秒，讀取阻變隨機存儲器的電導值G₃；

(4-7)根據(jù)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(wěn)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(xù)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(xù)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(jù)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(wěn)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(wěn)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(nèi)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(xù)時間為10毫秒，讀取信號的總持續(xù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)阻變隨機存儲器的測量電導值，代表弛豫測試內(nèi)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(shù)，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(nèi)的測量電導值，G₀是步驟(3)中的穩(wěn)定電導值；

(6)繼續(xù)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(xù)時間為10毫秒，讀取信號的總持續(xù)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(xù)時間為10毫秒，總持續(xù)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(nèi)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(nèi)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(shù)，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(xù)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(xù)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(jīng)達到高阻態(tài)，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(wěn)定電導值為G₀時的電導弛豫效應特征參數(shù)，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(jù)步驟(5)測量的阻變隨機存儲器1秒內(nèi)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(qū)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(qū)域；

(9-3)計算每個區(qū)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(qū)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(qū)域內(nèi)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(shù)σ_{R2_p}，

其中，G″_k代表過濾后的電導值，G₀是步驟(3)中的穩(wěn)定電導值，L代表步驟(5)弛豫測試期間的測量次數(shù)，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。