ICS 31.200 L 56
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T33657—2017
纳米技术 晶圆级纳米尺度相变存储
单元电学操作参数测试规范
Nanotechnologies-Electrical operating parameter test specification of wafer level nano-scale phase change memory cells
2017-05-12发布
2017-12-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T33657—2017
目 次
前言引言范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
m
IV
测试仪器和设备测试样本结构测试参数的选择测试流程· 测试报告
.
S
6
7
8
附录A（资料性附录） 相变存储单元测试系统的构建附录B（资料性附录） 相变存储单元的初始化方法 GB/T 33657—2017
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279)归口。 本标准起草单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所。 本标准主要起草人：陈一峰、陈小刚、宋志棠。
= GB/T33657—2017
引言
相变存储器是一种非易失性存储器，其存储单元在外部电场的电热学作用下可在高阻的非晶态和低阻的多晶态间进行高速可逆的结构变化，变化前后的电阻差别可达10倍以上，从而实现数据存储的功能。
相变存储单元的电学操作参数包括写操作参数以及擦操作参数。这些参数可以通过本标准的测试规范准确的提取。它们不仅可以有效评估由相变存储单元构成的相变存储器的若干性能指标，还将为相变存储器的驱动电路、读出电路以及存储阵列的设计提供依据。
相变存储单元可使用的相变材料种类繁多，可实现的器件结构也不唯一。本标准的测试规范可以为不同相变材料、不同相变单元器件结构的性能表征以及相变存储器量产过程中工艺稳定性的监控提供有效的手段。
由于操作电流和相变存储单元的电极尺寸关系密切，过大的电极尺寸会导致操作电流和功耗激增。 相应的电学操作参数测试规范也可能超出本标准规定的范围。具体到本标准，我们制定适用于存储器的电极尺度小于100nm的相变存储单元，100nm～300nm的相变存储单元也可参照本标准执行
IV GB/T33657—2017
纳米技术晶圆级纳米尺度相变存储
单元电学操作参数测试规范
1范围
本标准规定了纳米尺度相变存储单元读写擦参数的晶品圆测试规范，其测试结果可用于表征相变存储材料或器件的电学可操作性能。
本标准适用于以硫系化合物为主要原料，基于半导体晶圆工艺加工制造的电极尺度小于100nm 的相变存储单元，100nm～300nm的相变存储单元也可参照本标准执行。
本标准不适用于包含外围驱动电路的存储单元。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件
GB4793.1—2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求（IEC61010- 1:2001,IDT)
GB/T 9178 集成电路术语 GB/T11464电子测量仪器术语 GB/T 13970 数字仪表基本参数术语 GB/T13978 数字多用表
3术语和定义
GB/T9178、GB/T11464、GB/T13970和GB/T13978界定的以及下列术语和定义适用于本
文件。 3.1
相变存储单元 phase change memory cell 种在外部电场的电热学作用下能够在多晶相和非晶相之间进行可逆的结构变化的存储器件
单元。 3.2
写操作 resetoperation 相变存储单元在外部电场的作用下从多晶态转变为非晶态的过程
3.3
擦操作 set operation 相变存储单元在外部电场的作用下从非晶态转变为多晶态的过程。
3.4
读操作 read operation 通过测量相变存储单元的电阻读出单元的存储状态。
1 GB/T33657—2017
3.5
低场电阻 low field resistance 在小于0.5V电压作用下测量得到相变存储单元的电阻值。
3.6
高阻下限 highresistancelowerlimit 相变存储单元的非晶态阻值下限。
3.7
低阻上限 lowresistanceupperlimit 相变存储单元的多晶态阻值上限。
3.8
值转变电流 threshold switch current 相变存储单元从高阻的非晶态变为低阻的多晶态所需的临界电流。
3.9
國值转变电压 threshold switch voltage 流经相变存储单元的电流达到阅值转变电流的时刻相变存储单元两端的电压降。
4测试仪器和设备
4.1概述
测试流程的实施需要使用下列设备或者具备相同功能的替代设备。设备在使用过程中应符合
GB4793.1一2007的第6章、第7章、第9章、第10章、第14章和第16章有关防电击、防机械危险、防止火焰蔓延、设备的温度限值和耐热、元器件、试验和测试设备的相关规定。 4.2 数字多用表
应具有恒定直流电压以及电流的测量和输出能力。电流测量有效范围1μA～1000uA，最小量程的分辨力≤1nA；恒定电流输出范围1μA～1000μA，最小量程的最大允许误差≤10nA；电压测量有效范围10mV～10V，最小量程的分辨力≤1mV；恒定电压输出范围10mV～10V，最小量程的最大允许误差≤1mV。应具有通用接口总线或串行接口等外部控制接口；具有计算机编程控制功能 4.3脉冲信号发生器
应具有矩形电压脉冲信号输出功能。输出频率≥50MHz，输出电压幅度≥10V，最小输出脉冲宽度≤25ns，脉冲信号上升/下降沿持续时间≤3ns，输出电流≥50mA。应具有通用接口总线或串行接口等外部控制接口；具有计算机编程控制功能。 4.4 晶圆探针台
应具有8in(1in=25.4mm)或者更大尺寸晶圆的探测能力；能够保证测试过程中的机械结构的稳
定并提供腔体内的温度控制功能，腔内温度根据材料性能由供需双方进行协商
4.5切换设备
应具有开关选择功能，能够提供被测试单元与不同测试设备的电路连接。应具有通用接口总线或串行接口等外部控制接口；具有计算机编程控制功能
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纳米技术 晶圆级纳米尺度相变存储
单元电学操作参数测试规范
Nanotechnologies-Electrical operating parameter test specification of wafer level nano-scale phase change memory cells
2017-05-12发布
2017-12-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T33657—2017
目 次
前言引言范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义
m
IV
测试仪器和设备测试样本结构测试参数的选择测试流程· 测试报告
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附录A（资料性附录） 相变存储单元测试系统的构建附录B（资料性附录） 相变存储单元的初始化方法 GB/T 33657—2017
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279)归口。 本标准起草单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所。 本标准主要起草人：陈一峰、陈小刚、宋志棠。
= GB/T33657—2017
引言
相变存储器是一种非易失性存储器，其存储单元在外部电场的电热学作用下可在高阻的非晶态和低阻的多晶态间进行高速可逆的结构变化，变化前后的电阻差别可达10倍以上，从而实现数据存储的功能。
相变存储单元的电学操作参数包括写操作参数以及擦操作参数。这些参数可以通过本标准的测试规范准确的提取。它们不仅可以有效评估由相变存储单元构成的相变存储器的若干性能指标，还将为相变存储器的驱动电路、读出电路以及存储阵列的设计提供依据。
相变存储单元可使用的相变材料种类繁多，可实现的器件结构也不唯一。本标准的测试规范可以为不同相变材料、不同相变单元器件结构的性能表征以及相变存储器量产过程中工艺稳定性的监控提供有效的手段。
由于操作电流和相变存储单元的电极尺寸关系密切，过大的电极尺寸会导致操作电流和功耗激增。 相应的电学操作参数测试规范也可能超出本标准规定的范围。具体到本标准，我们制定适用于存储器的电极尺度小于100nm的相变存储单元，100nm～300nm的相变存储单元也可参照本标准执行
IV GB/T33657—2017
纳米技术晶圆级纳米尺度相变存储
单元电学操作参数测试规范
1范围
本标准规定了纳米尺度相变存储单元读写擦参数的晶品圆测试规范，其测试结果可用于表征相变存储材料或器件的电学可操作性能。
本标准适用于以硫系化合物为主要原料，基于半导体晶圆工艺加工制造的电极尺度小于100nm 的相变存储单元，100nm～300nm的相变存储单元也可参照本标准执行。
本标准不适用于包含外围驱动电路的存储单元。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件
GB4793.1—2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求（IEC61010- 1:2001,IDT)
GB/T 9178 集成电路术语 GB/T11464电子测量仪器术语 GB/T 13970 数字仪表基本参数术语 GB/T13978 数字多用表
3术语和定义
GB/T9178、GB/T11464、GB/T13970和GB/T13978界定的以及下列术语和定义适用于本
文件。 3.1
相变存储单元 phase change memory cell 种在外部电场的电热学作用下能够在多晶相和非晶相之间进行可逆的结构变化的存储器件
单元。 3.2
写操作 resetoperation 相变存储单元在外部电场的作用下从多晶态转变为非晶态的过程
3.3
擦操作 set operation 相变存储单元在外部电场的作用下从非晶态转变为多晶态的过程。
3.4
读操作 read operation 通过测量相变存储单元的电阻读出单元的存储状态。
1 GB/T33657—2017
3.5
低场电阻 low field resistance 在小于0.5V电压作用下测量得到相变存储单元的电阻值。
3.6
高阻下限 highresistancelowerlimit 相变存储单元的非晶态阻值下限。
3.7
低阻上限 lowresistanceupperlimit 相变存储单元的多晶态阻值上限。
3.8
值转变电流 threshold switch current 相变存储单元从高阻的非晶态变为低阻的多晶态所需的临界电流。
3.9
國值转变电压 threshold switch voltage 流经相变存储单元的电流达到阅值转变电流的时刻相变存储单元两端的电压降。
4测试仪器和设备
4.1概述
测试流程的实施需要使用下列设备或者具备相同功能的替代设备。设备在使用过程中应符合
GB4793.1一2007的第6章、第7章、第9章、第10章、第14章和第16章有关防电击、防机械危险、防止火焰蔓延、设备的温度限值和耐热、元器件、试验和测试设备的相关规定。 4.2 数字多用表
应具有恒定直流电压以及电流的测量和输出能力。电流测量有效范围1μA～1000uA，最小量程的分辨力≤1nA；恒定电流输出范围1μA～1000μA，最小量程的最大允许误差≤10nA；电压测量有效范围10mV～10V，最小量程的分辨力≤1mV；恒定电压输出范围10mV～10V，最小量程的最大允许误差≤1mV。应具有通用接口总线或串行接口等外部控制接口；具有计算机编程控制功能 4.3脉冲信号发生器
应具有矩形电压脉冲信号输出功能。输出频率≥50MHz，输出电压幅度≥10V，最小输出脉冲宽度≤25ns，脉冲信号上升/下降沿持续时间≤3ns，输出电流≥50mA。应具有通用接口总线或串行接口等外部控制接口；具有计算机编程控制功能。 4.4 晶圆探针台
应具有8in(1in=25.4mm)或者更大尺寸晶圆的探测能力；能够保证测试过程中的机械结构的稳
定并提供腔体内的温度控制功能，腔内温度根据材料性能由供需双方进行协商
4.5切换设备
应具有开关选择功能，能够提供被测试单元与不同测试设备的电路连接。应具有通用接口总线或串行接口等外部控制接口；具有计算机编程控制功能
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