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[導讀]消費電子行業日益擔心浮柵NVM(非易失性內存)不能繼續以每比特更低成本來提供更高的存儲功能,而每比特更低成本則是驅動NVM市場發展的根本性要求。

消費電子行業日益擔心浮柵NVM(非易失性內存)不能繼續以每比特更低成本來提供更高的存儲功能,而每比特更低成本則是驅動NVM市場發展的根本性要求。浮柵方法可能會“撞牆”,意味着替代技術的研究工作已經變得日益關鍵。科學家們正在研究可以替代FG NAND技術的NVM備選方案,包括相變內存(PCM/PRAM)、電荷俘獲內存(CTF/SONOS)、電阻內存(ReRAM)、鐵電內存(FeRAM)和磁阻內存(MRAM) 等。

理想的內存應兼具動態內存和非易失性內存的特點:成本越來越低,密度越來越高;快速讀/寫,類似於或快於現有的DRAM速度;耐久性高,以滿足DRAM或SSF應用;保留期長;功率和電壓要求低;兼容現在的邏輯電路和半導體工藝。

幾種非易失性內存器件。

NVM測試要求發生改變,對測試方案提出新的要求。

電氣表徵在傳統上是使用DC儀器執行的,如源測試單元SMU儀器,表徵之前脈衝發生器已經編輯和/或擦除內容單元。其缺點是,這要求某類開關,對測試器件交替應用DC或脈衝信號。另一種方法是偶爾會使用示波器,閃存狀態對脈衝電壓電平相當敏感,在被測器件DUT上檢驗脈衝保真度(脈衝寬度、過沖、脈衝電壓電平、上升時間、下降時間)。其缺點是測量瞬態電流的複雜性,意味着只能在脈衝傳送時才能獲得電壓測量。

後來傳統一體化表徵方案有了很大改進,使用定製系統同時測量電流和電壓,測量方法一般使用負載或傳感電阻器,使用示波器或模數轉換器測量電流。但這也存在其缺點,一般創造性不強,測試功能有限,測試控制麻煩,要求耗費大量時間提取信息;以及負載電阻器對傳送到器件的電壓的影響,對許多脈衝測量會產生明顯負作用。

業內目前正在考察許多NVM材料和技術,每種材料和技術在物理內存特點方面都有着獨特之處。但是,對這些方法進行整體電氣表徵時,很多重要的測試參數和方法都是相同的。這種共性意味着可以使用一台測試儀器,來表徵各種內存技術和器件。

新儀器要為科研人員提供額外的數據,可以用更少的時間更好地瞭解NVM材料和器件特點。應用脈衝,同時使用高速採樣技術測量電壓和電流,可以更好地瞭解提供內存行為的電氣和物理機制。在DC表徵中增加這種瞬態表徵功能,可以提供與固有的材料屬性和器件響應有關的基礎數據。

集中式的表徵,泰克4200A一體化解決方案。

不管考察的是哪種特定內存技術,都要求脈衝傳送,來測試開關特點。脈衝傳送及同時測量提供了必要的數據,可以瞭解開關機制的動態特點。不同材料的説法不盡相同,例如,編程/擦除、設置/重設和寫入/擦除都用來指明比特1或0的基礎存儲。這些寫入/擦除程序在脈衝模式下完成,提供典型內存操作要求的整體速度,仿真最終產品環境。

左圖:4225-PMU 超快速I-V 模塊和兩個4225-RPM 遠程放大器/ 開關模塊。右圖:4225-PMU 方框圖,通過使用RPM1 和RPM2 連接,可以使用4225-PMU 及兩個4225-RPM。SSR 顯示了固態中繼器,其用於高阻抗模式,通過Fowler-Nordheim 隧道在閃存器件上執行編程或擦除操作。

泰克吉時利4225-PMU超快速I-V模塊是4200A-SCS使用的一種單插槽儀器卡,它有兩條電壓脈衝源通道,每條通道有集成的同步實時電流和電壓測量功能。測量分成兩類:採樣和均值。採樣類型用來捕獲基於時間的電流和電壓波形,這些波形對了解瞬態或動態特點至關重要。均值類型為I-V表徵提供了類似DC的電流和電壓測量。實時採樣功能對於在單個波形中捕獲NVM材料的瞬態特點至關重要,因為應用重複的波形會導致內存開關行為,甚至損壞材料本身。

4225-RPM遠程放大器/開關是一種選配產品,是對4225-PMU的補充。這個小盒子位於DUT附近,提供許多NVM材料和技術表徵必需的較低的電流測量範圍。此外,4225-RPM為4200A-SCS的源測量單元(SMUs)和CVU信號提供了開關功能,支持高分辨率DC測量和C-V測量。4225-RPM是一種單通道設備,因此要求兩個4225-RPM模塊,以匹配4225-PMU的兩條通道。4225-RPM模塊設計成位於測試器件附近(≤30cm或1英尺),以最大限度減少線纜影響,提供改善的脈衝形狀和高速測量。

浮柵非易失性內存表徵項目截圖

Clarius 軟件帶有一套NVM 表徵使用的範例項目。可以使用Memory 過濾器在Project Library 項目庫中找到範例項目。這些項目為閃存、PRAM、FeRAM 和ReRAM 器件提供了測試和數據,演示了4200A-SCS 特別是4225-PMU 及4225-RPM 的功能。上圖是閃存器件項目浮柵非易失性內存表徵項目的截圖。4225-PMU/4225-RPM 相結合,提供了基礎脈衝和瞬態I-V 測試功能,可以考察和表徵各種NVM材料和器件。

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