[發(fā)明專(zhuān)利]一種對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)特征參數(shù)的提取方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011164982.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112382331A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳華強(qiáng);胡琪;唐建石;高濱;錢(qián)鶴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G11C29/50
• 分類(lèi)號(hào): G11C29/50
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)特征參數(shù)的提取方法。本方法包括：阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的激活過(guò)程；施加多次工作信號(hào)使阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；選取穩(wěn)定電導(dǎo)值G₀；施加激勵(lì)信號(hào)使阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)值達(dá)到G₀；對(duì)器件進(jìn)行弛豫測(cè)試；繼續(xù)保持讀取脈沖一段時(shí)間；再對(duì)器件進(jìn)行隨機(jī)電報(bào)噪聲測(cè)試；對(duì)器件進(jìn)行擦除操作；進(jìn)行信號(hào)過(guò)濾，提取電導(dǎo)弛豫效應(yīng)特征參數(shù)。本發(fā)明能夠有效、完整地提取阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)的特征參數(shù)，有利于對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的電導(dǎo)弛豫效應(yīng)的機(jī)理研究以及器件阻態(tài)穩(wěn)定性的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)特征參數(shù)的提取方法。

背景技術(shù)

基于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算被認(rèn)為是能夠?qū)崿F(xiàn)類(lèi)腦智能的途徑之一，獲得了人工智能領(lǐng)域的高度關(guān)注。其中，模擬型阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器能夠充分利用內(nèi)存計(jì)算架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，受到廣泛研究，但是，模擬型阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器面臨了諸多可靠性問(wèn)題，電導(dǎo)弛豫效應(yīng)是其中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。電導(dǎo)弛豫效應(yīng)是一種器件編程后的電導(dǎo)波動(dòng)，具有隨機(jī)性與不可逆性。這種電導(dǎo)波動(dòng)可能導(dǎo)致器件的實(shí)際電導(dǎo)值與初始設(shè)定電導(dǎo)值存在不可預(yù)測(cè)的偏差，導(dǎo)致神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的大量計(jì)算精度損失，極大地限制了其應(yīng)用。例如在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中(圖1)，電導(dǎo)弛豫效應(yīng)使得系統(tǒng)識(shí)別率大大降低(圖2)。

模擬型阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器中的電導(dǎo)波動(dòng)通常同時(shí)包含電導(dǎo)弛豫效應(yīng)和隨機(jī)電報(bào)噪聲，這使得研究弛豫效應(yīng)時(shí)會(huì)遇到很大的困難。盡管有時(shí)弛豫效應(yīng)導(dǎo)致的電導(dǎo)波動(dòng)要比隨機(jī)電報(bào)噪聲更加明顯，但弛豫效應(yīng)發(fā)生的期間也包含類(lèi)似隨機(jī)電報(bào)噪聲的小幅度波動(dòng)(圖3)。此時(shí)，很難分辨電導(dǎo)波動(dòng)中弛豫效應(yīng)的具體貢獻(xiàn)。因此，如何提取出隨機(jī)阻變存儲(chǔ)器中的電導(dǎo)弛豫效應(yīng)的特征參數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于闡明電導(dǎo)弛豫效應(yīng)的機(jī)理及為神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)提供優(yōu)化策略具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)特征參數(shù)的提取方法，以完整、有效地提取阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)的特征參數(shù)，排除隨機(jī)電報(bào)噪聲的影響，有利于后續(xù)進(jìn)一步闡明弛豫效應(yīng)的機(jī)制及提高器件的阻態(tài)穩(wěn)定性。

本發(fā)明提出的對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器電導(dǎo)弛豫效應(yīng)特征參數(shù)的提取方法，包括以下步驟：

(1)使用激活信號(hào)V₀，對(duì)阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行激活操作，在阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器中形成導(dǎo)電細(xì)絲；

其中的激活信號(hào)V₀為直流信號(hào)或脈沖信號(hào)，其中脈沖信號(hào)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(hào)的幅值范圍為0到4伏特，使阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的電阻值小于100千歐姆；

(2)對(duì)步驟(1)激活后的阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器施加多次工作信號(hào)U，工作信號(hào)為方波脈沖信號(hào)，每組工作信號(hào)包括一個(gè)正向電壓與一個(gè)負(fù)向電壓，正向電壓的幅值范圍為0到4伏特，持續(xù)時(shí)間范圍為1毫秒到1秒，負(fù)向電壓范圍為0到-4伏特，持續(xù)時(shí)間范圍為1毫秒到1秒，施加正向電壓后讀取阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的電阻值，為低阻態(tài)電阻值，施加負(fù)向電壓后讀取阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器的電阻值，為高阻態(tài)電阻值，每次施加工作信號(hào)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(dāng)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(shí)，認(rèn)為合格，連續(xù)10次以上施加工作信號(hào)均為合格時(shí)，認(rèn)為阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)；

(3)對(duì)步驟(2)的阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器，進(jìn)行穩(wěn)定電導(dǎo)值G₀的選取，包括以下步驟：

(3-1)對(duì)步驟(2)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器施加一個(gè)激勵(lì)信號(hào)V_1-1，激勵(lì)信號(hào)V_1-1為方波脈沖信號(hào)，方波脈沖信號(hào)的幅值范圍為0.3到0.6伏特、持續(xù)時(shí)間范圍為1到10毫秒；