概述

在芯片工藝不斷演進(jìn)的今天，材料的物理特性與器件層面的可靠性測(cè)試正變得前所未有的重要。近日，在泰克云上大講堂關(guān)于《芯片的物理表征和可靠性測(cè)試》的直播中，大家就新型存儲(chǔ)技術(shù)、先進(jìn)材料電學(xué)表征等話題展開了熱烈討論。相變存儲(chǔ)作為新一代非易失性存儲(chǔ)的代表，其器件性能的測(cè)試與優(yōu)化自然也成為了焦點(diǎn)之一。

本文將結(jié)合直播中提及的實(shí)測(cè)案例與關(guān)鍵測(cè)試技術(shù)，深入探討相變材料及器件的電學(xué)測(cè)試方法與方案，并介紹如何借助Keithley 4200A-SCS參數(shù)分析儀及其模塊，進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的電學(xué)特性研究。

在本次直播《芯片的物理表征和可靠性測(cè)試》中，我們不僅展示了以上方案的實(shí)測(cè)案例，還講解了如何從晶圓級(jí)材料表征過(guò)渡到器件級(jí)性能評(píng)估，包括：

? 如何在高連接電容情況下實(shí)現(xiàn)低電流精確采集？

? 如何通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)方式模擬相變寫入行為？

? 如何構(gòu)建用于可靠性測(cè)試的自動(dòng)腳本流程？

相變存儲(chǔ)器件：測(cè)試挑戰(zhàn)與關(guān)鍵參數(shù)

相變存儲(chǔ)器（PCM）基于材料在晶態(tài)與非晶態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與保持。其核心挑戰(zhàn)不僅在于材料層的可控性，更在于對(duì)其I-V、R-T曲線、熱穩(wěn)定性、SET/RESET循環(huán)性能、保持時(shí)間與多級(jí)態(tài)控制能力的準(zhǔn)確測(cè)試。

在實(shí)際測(cè)試中，工程師面臨以下主要難點(diǎn)：

? SET/RESET電壓窗口精準(zhǔn)提取

? 不同狀態(tài)下的高低電阻比對(duì)與一致性統(tǒng)計(jì)

? 納秒級(jí)脈沖驅(qū)動(dòng)下的動(dòng)態(tài)行為測(cè)量

? 器件的高溫保持與多周期循環(huán)老化驗(yàn)證

這些都要求一整套可編程、低噪聲、可擴(kuò)展的電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)批量采集與長(zhǎng)期跟蹤。

完整的電學(xué)測(cè)試方案設(shè)計(jì)

為滿足上述測(cè)試需求，Tektronix與Keithley聯(lián)合推出了基于4200A-SCS平臺(tái)的相變材料及器件表征測(cè)試方案，涵蓋從材料層電阻響應(yīng)到完整SET/RESET循環(huán)測(cè)試的全流程。

測(cè)試連接框圖

1基礎(chǔ)電學(xué)參數(shù)測(cè)量

使用4201-SMU/4211-SMU模塊可實(shí)現(xiàn)高阻態(tài)與低阻態(tài)的穩(wěn)定測(cè)量，特別適用于高連接電容下的低電流測(cè)試場(chǎng)景。

支持皮安級(jí)電流讀取

可編程電壓掃描，精準(zhǔn)捕捉轉(zhuǎn)變區(qū)

配合CVU模塊可拓展容值/耗散因子測(cè)試

2SET/RESET脈沖控制

通過(guò)4200A-SCS控制AFG31000任意波形發(fā)生器輸出窄脈沖信號(hào)，模擬高速寫入行為。

納秒至微秒級(jí)脈寬

可配置脈沖電壓、電流限制

程控同步測(cè)量，獲取每次寫入后的器件電阻狀態(tài)

圖示為典型的PCRAM波形

使用4200A的PMU可以很容易的生成對(duì)應(yīng)脈沖序列

3保持/老化與可靠性評(píng)估

采用4200A-CVU與SMU組合，通過(guò)循環(huán)壽命測(cè)試腳本評(píng)估器件在長(zhǎng)時(shí)間、高溫或多次寫入后的性能變化，支持自動(dòng)化批量統(tǒng)計(jì)。

R-T曲線測(cè)量：分析材料熱穩(wěn)定性

1000+次SET/RESET循環(huán)測(cè)試

狀態(tài)漂移監(jiān)測(cè)：保持時(shí)間與誤碼率評(píng)估

結(jié)語(yǔ)：測(cè)試能力決定器件上限

無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行新型相變材料探索，還是在產(chǎn)品開發(fā)階段進(jìn)行器件良率評(píng)估，一套準(zhǔn)確、自動(dòng)化、可擴(kuò)展的電學(xué)測(cè)試平臺(tái)都至關(guān)重要。Keithley 4200A-SCS正是這樣一個(gè)面向下一代存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵工具。