一种相变存储裸阵列的选址系统技术方案

本发明专利技术公开了一种相变存储裸阵列的选址系统，用于在对相变存储阵列进行性能测试时提供选址控制；包括行选择电路、行控制电路、列选择电路和列控制电路；行控制电路的一端与所述行选择电路连接，行控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；列控制电路的一端与列选择电路连接，列控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；工作时，行选择电路和列选择电路均与半导体特性分析仪连接，半导体特性分析仪用于提供相变存储阵列测试所需的测试信号和激励信号；通过行选择电路和列选择电路实现多路复用高速模拟通道的选通，通过二进制地址码选择所述相变存储阵列的行地址和列地址。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳电子
，具体涉及一种相变存储裸阵列的选址系统。
技术介绍
相变存储器是利用以硫系化合物为主的相变材料可在晶态和非晶态之间发生可逆相变的基本原理来存储数据。相变材料处于晶态时具有低电阻率，呈现出低阻态；处于非晶态时具有高电阻率，呈现出高阻态。通过施加不同特点的脉冲对相变材料进行加热可实现晶态和非晶态之间的相互转变。两种相态高低阻态之间差异显著，因此通过高阻和低阻时电流差异也显著，便可以有效区分二进制的“0”和“1”两种状态，实现数据的存储和读写。相变存储器实现存储及读写功能的核心是相变材料(硫系化合物为主)，相变存储单元常见的典型结构主要由上电极、相变层、下电极、绝缘层及衬底构成。通过上下电极对相变材料施加脉冲，不同的脉冲对相变材料有不同的焦耳热加热效果，使得相变材料在晶态和非晶态之间相互转变。相变主要发生在相变层内靠近下电极的一小块区域，称为相变区域。相变材料以硫系化合物合金为主，目前大部分采用的是Ge2Sb2Te5，简称GST。电极材料一般选用高熔点、低电阻的材料，如TiW。对相变存储单元主要采用施加脉冲信号的方式进行操作，具体的操作方式有三种：RESET操作(写入过程)、SET操作(擦除过程)和READ操作(读取过程)。进行RESET操作是使相变存储单元达到高阻态，应对其施加一个脉宽较小幅值较高的电压或电流脉冲信号，首先使相变存储单元相变区域的温度迅速上升到熔化温度以上，相变材料长程有序的状态被 破坏，再使相变区域快速冷却到结晶温度以下，相变材料来不及晶化，形成非晶态呈现高阻态；进行SET操作是使相变存储单元达到低阻态，应对其施加一个脉宽较大幅值较低的电压或电流脉冲信号，这样的脉冲对相变区域加热时，相变材料长时间停留在熔化温度和结晶温度之间，相变材料有足够的时间进行结晶，充分晶化，形成晶态呈现低阻态；进行READ操作是为了读取相变存储单元的高低阻状态从而读取存储的数据“0”或“1”，应对其施加幅值很小的脉冲信号，产生的焦耳热不足以干扰相变材料的相态，因此进行读取时不会改变相变存储单元存储的数据。目前主流的相变存储器阵列结构是上下电极交叉阵列，上下电极交汇处为一个存储单元，电极施加脉冲信号等即可对该单元进行读写操作。在相变存储器阵列中，每一个存储单元只包含一个存储电阻，即相变存储单元，该存储单元的两端分别连接到一条字线和一条位线。当列译码器将一条位线设置为高电平/低电平。而其他位线悬空时，表示该位线有效；当行译码器将一条字线设置为低电平/高电平，而其他字线悬空时，表示该字线有效。每选中一条位线和一条字线就选中一个存储单元进行操作。也可以直接通过扎针直接选择一个上电极和一个下电极来确定一个存储单元接入测试系统进行测试。将相变存储单元的上下电极正确连接至半导体特性分析仪后便可根据需要进行相关电特性的测试。相变存储阵列的测试便是在此基础上进行的，关键是高效准确的选取任意待测单元。根据实验室已有设备，对阵列进行测试选址主要有如下两套方案：(1)扎针选址法：采用探针台的微米探针扎在电极引出的Pad上，两个探针分别与半导体特性分析仪的两个端口相连，其中一个探针扎在阵列单元上电极引出的Pad上，另一个探针扎在阵列单元下电极引出的Pad上，每次扎取不同的上下电极即可确定阵列中的不同单元连入测试系统；(2)设计选址系统：采用引线键合绑线后，将电极引出至各个管脚， 设计外围电路和选址测试板选择不同的管脚从而选择不同的上下电极来确定阵列中的单元来进行测试。第一种方案，采用的设备主要有Cascade S300微波探针台、半导体特性分析仪、高频示波器等。在微波探针台上，用两根探针选中单元的上下电极，探针的信号引出端分别与半导体特性参数测试仪、高频示波器、取样电阻连接。半导体特性分析仪的源测量单元可以进行直流I-V扫描，获取相变单元I-V特性曲线，并从曲线中读取阈值电压和阈值电流。半导体特性分析仪的脉冲发生器可以产生高速脉冲，进行脉冲擦写操作。示波器用来观察波形，避免失真的下降沿影响单元的相变过程。通过I-V测试得到相变曲线，确定相变存储单元的高低阻态；通过逐步调整脉冲信号的幅值和宽度，确定相变存储单元SET脉冲参数、RESET脉冲参数。此方案用于相变存储阵列中的一个相变存储单元的测试，可以方便快捷的对所选单元进行测试，但是这一方法对环境要求较高，并且扎针的深浅不同会得到不同的接触电阻，这也会影响测试结果。更主要的问题是，使用此方案时需要人工在显微镜下寻找单元，测试效率非常低。因此对于大容量相变存储阵列，由于要测的单元较多，需要一种阵列测试系统来配合单元选址进行测试。采用第二种方案，将引线键合绑线后，将管脚引出，利用设计的选址系统将能快速简捷并准确地选定单元，完成对所选单元的相关性能测试。总的来说，两种测试相变存储阵列方案的关键都是可以准确寻找到待测单元。原有方案使用探针台扎针，只用扎上待测单元上下电极引出的Pad就可以确定该单元，但扎针操作耗时较为繁琐。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种相变存储裸阵列的选址系统，旨在解决传统扎针选址方法测试效率低下，测试结果较容易受到扎针程度问题影响的技术问题。本专利技术提供了一种相变存储裸阵列的选址系统，用于在对相变存储阵列进行性能测试时提供选址控制；包括行选择电路、行控制电路、列选择电路和列控制电路；所述行控制电路的一端与所述行选择电路连接，所述行控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；所述列控制电路的一端与所述列选择电路连接，所述列控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；工作时，所述行选择电路和所述列选择电路均与半导体特性分析仪连接，半导体特性分析仪用于提供相变存储阵列测试所需的测试信号和激励信号；通过行选择电路和列选择电路实现多路复用高速模拟通道的选通，通过二进制地址码选择所述相变存储阵列的行地址和列地址。更进一步地，所述行选择电路和所述列选择电路的结构相同，包括逐级连接的n级高速开关阵列；第一级包括一个开关单元，开关单元包括2m路复用通道模拟开关，2m路复用通道模拟开关的一端均相连并作为公共端接收输入信号；第二级包括2m个开关单元，每个开关单元包括2m路复用通道模拟开关，第一个开关单元中2m路复用通道模拟开关的一端均相连并与第一级中第一路复用通道模拟开关的另一端连接；第二个开关单元中2m路复用通道模拟开关的一端均相连并与第一级中第二路复用通道模拟开关的另一端连接；……第2m个开关单元中2m路复用通道模拟开关的一端均相连并与第一级中第2m路复用通道模拟开关的另一端连接；……第n级包括2m×n个开关单元，每个开关单元包括2m路复用通道模拟开关，第一个开关单元中2m路复用通道模拟开关的一端均相连并与第一级中第一路复用通道模拟开关的另一端连接；第二个开关单元中2m路复用通道模拟开关的一端均相连并与第一级中第二路复用通道模拟开关的另一端连接；……第2m×n个开关单元中2m路复用通道模拟开关的一端均相连并与第一级中第2m路复用通道模拟开关的另一端连接；其中，m、n均为大于等于1的正整数。更进一步地，所述行控制电路和列控制电路结构相同，包括m*n路控制单元，每一路控制单元包括依次串联连接的电阻和开关，电阻的非串联 连接端接电源，开关的非串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储裸阵列的选址系统，用于在对相变存储阵列进行性能测试时提供选址控制；其特征在于，包括行选择电路、行控制电路、列选择电路和列控制电路；所述行控制电路的一端与所述行选择电路连接，所述行控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；所述列控制电路的一端与所述列选择电路连接，所述列控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；工作时，所述行选择电路和所述列选择电路均与半导体特性分析仪连接，半导体特性分析仪用于提供相变存储阵列测试所需的测试信号和激励信号；通过行选择电路和列选择电路实现多路复用高速模拟通道的选通，通过二进制地址码选择所述相变存储阵列的行地址和列地址。

【技术特征摘要】
1.一种相变存储裸阵列的选址系统，用于在对相变存储阵列进行性能测试时提供选址控制；其特征在于，包括行选择电路、行控制电路、列选择电路和列控制电路；所述行控制电路的一端与所述行选择电路连接，所述行控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；所述列控制电路的一端与所述列选择电路连接，所述列控制电路的另一端用于与相变存储阵列连接；工作时，所述行选择电路和所述列选择电路均与半导体特性分析仪连接，半导体特性分析仪用于提供相变存储阵列测试所需的测试信号和激励信号；通过行选择电路和列选择电路实现多路复用高速模拟通道的选通，通过二进制地址码选择所述相变存储阵列的行地址和列地址。2.如权利要求1所述的选址系统，其特征在于，所述行选择电路和所述列选择电路的结构相同，包括逐级连接的n级高速开关阵列；第一级包括一个开关单元，开关单元包括2m路复用通道模拟开关，2m路复用通道模拟开关的一端均相连并作为公共端接收输入信号；第二级包括2m个开关单元，每个开关单元包括2m路复用通道模拟开关，第一个开关单元中2m路复...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓敏，李佳灿，丁格格，刘畅，童浩，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42