一种快速测量铁电薄膜印刻效应的方法技术

本发明专利技术属微电子技术领域，涉及铁电薄膜印刻效应的测试方法。本发明专利技术通过测量铁电薄膜极化反转电流快速测量铁电薄膜印刻效应，其包括：（１）加一个产生印刻效应的脉冲电压后，立刻再加一个与此印刻电压相反极性的脉冲电压并测量铁电薄膜的反转电流；（２）加预置极化方向的脉冲电压，等待一段弛豫时间后加一个起印刻作用的正负双极性的脉冲电压，再等待一段时间以产生印刻效应，最后加一个与之前正负双极性脉冲电压完全相同的正负双极性电压以测量反转电流。本发明专利技术能代替传统的通过测量电滞回线得出Ｖｃ的方法，能大幅降低测试印刻效应所需时间，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属微电子
，涉及铁电薄膜技术及铁电薄膜存储器件技术，具体涉 及。
技术介绍
铁电薄膜存储器件是一种非挥发性存储器件，它利用铁电电畴在电场中两种不同 极化取向作为逻辑单元来存储数据，具有读写速度快、驱动电压低、存储密度高和非挥发性 等优点而成为极具潜力的存储器件，目前已在移动电话、随身听、游戏卡和数码相机等耗电 少的电子产品中率先得到了应用。解决器件可靠性方面的问题是铁电薄膜存储器件进一步 发展的关键，印刻效应作为器件可靠性的一项关键内容而得到广泛关注，印刻效应的测试 方法对研究印刻效应和器件可靠性测试而言非常重要。印刻效应是指铁电薄膜经受的编程脉冲是单极性的，那么与该极性对应的铁电状 态会被加强，电滞回线伴随矫顽电压Vc会沿对应的电压轴方向整体偏移(如图1所示)。 印刻效应会给铁电薄膜存储器件带来两个严重的问题一是在长时间读写操作后会使某一 极化方向的剩余极化值变小导致数据保持特性变差；二是由于矫顽电压值发生变化会导致 器件读写操作电压发生变化使原先读写操作电压失效。印刻效应测试中有两种加脉冲的机理来产生印刻效应，分别是加一定时间、一定 大小的印刻电压产生印刻效应以及加预置偏压后再加反向脉冲后等待不同时间产生的印 刻效应，现有技术传统的方法是完成施加印刻效应所需的脉冲过程后，再测电滞回线，比较 施加印刻效应前后电滞回线的偏移得出矫顽电压Vc的变化。传统测试方法其存在如下缺 陷，由于加测试电压的时间太长会引入新的印刻效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免传统测试方法的测试时间长，精确度低的缺点，提供一种 快速测量铁电薄膜印刻效应的方法。本专利技术提供的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，是完成施加印刻效应所需的脉 冲过程后，测反转电流，通过反转电流算出矫顽电压Vc的值。如图2所示，由于电滞回线的 测量使用的是三角波，三角波是由许多不同高低的脉冲组成的，测量时间至少要一秒以上， 而测量反转电流只要加一个电压脉冲即可，所需时间仅为几十纳秒，能够更快速地测量印 刻效应，且由于测量电滞回线所需时间较长，测试过程本身就会导致印刻效应，所以本方法 采用测反转电流的方法更精确。本专利技术方法通过测量铁电薄膜极化反转电流来计算矫顽电压Vc，可以快速测量铁 电薄膜的印刻效应。实现本方法的脉冲电压施加形式包括两种(1)加一个产生印刻效应的脉冲电压后，立刻再加一个与此印刻电压相反极性的 脉冲电压并测量铁电薄膜的反转电流；(2)加一个预置极化方向的脉冲电压，等待一段弛豫时间后加一个起印刻作用的正负双极性的脉冲电压，再等待一段时间以产生印刻效应，最后加一个与之前正负双极性 脉冲电压完全相同的正负双极性电压以测量反转电流。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述印刻电压大小为-IOV至10V，所加时间为50 纳秒至100秒。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述测反转电流的脉冲电压大小为-IOV至10V， 所加时间为50纳秒至10微秒。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述预置电压的大小为-IOV至10V，所加时间为 50纳秒至10微秒。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述弛豫时间为5秒至105秒。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述起印刻作用的正负双极性脉冲电压的大小 为-IOV至10V，脉冲时间为50纳秒至10微秒。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述两个正负双极性脉冲电压之间的产生印刻 效应的时间为50纳秒至100秒。本专利技术中，作为可选的技术方案，所述测量反转电流的正负双极性脉冲电压的大 小为-IOV至10V，脉冲时间为50纳秒至10微秒。采用本专利技术提供的测试方法，可以大幅降低测试印刻效应的时间，能够在纳秒量 级测试印刻效应，且比传统方法更精确(传统测试方法由于加测试电压的时间太长会引入 新的印刻效应)，因此具有很好的应用前景。附图说明图1是由于印刻效应导致的P-V(极化强度-电压)电滞回线发生偏移的电滞回 线图。图2是传统测试方法中测试电滞回线所用的三角波波形和本专利中测试反转电 流所用的脉冲方波波形示意图。图3是测量加一定时间、一定大小的印刻电压产生印刻效应的测试波形示意图。图4是反转电流流过负载电阻产生的负载电压对应使电畴反转的脉冲电压时间 的关系图，IOOns和IOs指的是印刻电压所加的时间。图5是矫顽电压Ve对应印刻电压施加时间t的关系图，-5. 2V和-2. OV代表了两 种印刻电压，t0是印刻效应起作用的时间分界点。图6是印刻效应起作用的时间分界点、对应印刻电压Vb的关系图。图7是正负矫顽电压士V。对应两个正负双极性脉冲电压之间等待时间t的关系 图，图中的波形图是测试所用的脉冲信号示意图。具体实施例方式以下分两种产生印刻效应的加脉冲信号的机理来说明具体实施方法，测试所需的 脉冲信号都是用信号发生器来编辑的。实施例1.测量加一定时间、一定大小的印刻电压产生的印刻效应用信号发生器编辑一个能使铁电薄膜产生印刻效应的偏压Vb，大小应满足|Vb| > V」，时间t范围可以从纳秒量级到秒量级。在Vb结束后立刻加一相反方向的反转电压(Vsw)，脉冲时间约为几十纳秒，大小应满足IvswI > IvbI，它使电畴极化反转从而产生极化 反转电流。最后用示波器读出反转电流产生的负载电压久=IswXRJ。根据反转电流的 公式 权利要求，其特征在于，通过测量铁电薄膜极化反转电流计算矫顽电压Vc，快速测量铁电薄膜印刻效应；其包括下述形式的脉冲电压施加方法(1)加一个产生印刻效应的脉冲电压后，立刻再加一个与此印刻电压相反极性的脉冲电压并测量铁电薄膜的反转电流；(2)加一个预置极化方向的脉冲电压，等待一段弛豫时间后加一个起印刻作用的正负双极性的脉冲电压，再等待一段时间以产生印刻效应，最后加一个与之前正负双极性脉冲电压完全相同的正负双极性电压以测量反转电流。2.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(1) 中，所述印刻电压大小为-IOV至10V，所加时间为50纳秒至100秒。3.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(1) 中，所述测反转电流的脉冲电压大小为-IOV至10V，所加时间为50纳秒至10微秒。4.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述预置电压的大小为-IOV至10V，所加时间为50纳秒至10微秒。5.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述弛豫时间为5秒至105秒。6.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述起印刻作用的正负双极性脉冲电压的大小为-IOV至10V，脉冲时间为50纳秒至10 微秒。7.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述两个正负双极性脉冲电压之间的产生印刻效应的时间为50纳秒至100秒。8.根据权利要求1所述的快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述测量反转电流的正负双极性脉冲电压的大小为-IOV至10V，脉冲时间为50纳秒至 10微秒。全文摘要本专利技术属微电子
，涉及铁电薄膜印刻效应的测试方法。本专利技术通过测量铁电薄膜极化反转电流快本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速测量铁电薄膜印刻效应的方法，其特征在于，通过测量铁电薄膜极化反转电流计算矫顽电压Ｖｃ，快速测量铁电薄膜印刻效应；其包括下述形式的脉冲电压施加方法：（１）加一个产生印刻效应的脉冲电压后，立刻再加一个与此印刻电压相反极性的脉冲电压并测量铁电薄膜的反转电流；（２）加一个预置极化方向的脉冲电压，等待一段弛豫时间后加一个起印刻作用的正负双极性的脉冲电压，再等待一段时间以产生印刻效应，最后加一个与之前正负双极性脉冲电压完全相同的正负双极性电压以测量反转电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江安全，翁旭东，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]