阻变存储阵列的自动化测试系统

阻变存储器(RRAM)是一种新型的不挥发存储技术,研究阻变存储器阵列规模的存储性能以及可靠性问题是推进RRAM实用化的关键.目前通用的基于微控探针台的半导体参数分析的常规测量系统无法完成对阵列的自动化测试.利用半导体参数分析仪(4200-SCS)、开关矩阵以及相关外围电路搭建了一套针对阻变存储阵列的自动测试系统,实现了1MbitRRAM芯片的初始阻态分布的读取、初始化测试、存储单元的自动化编程/擦除操作.测试结果表明,该测试系统可以实现阻变存储阵列的自动化测试,为进一步工艺参数和编程算法的优化设计奠定基础.     

1T1R结构RRAM的故障可测性设计

阻变随机存储器(RRAM)中存在的故障严重影响产品的可靠性和良率.采用精确高效的测试方法能有效缩短工艺优化周期,降低测试成本.基于SMIC 28 nm工艺平台,完成了1T1R结构的1 Mbit RRAM模块的流片.详细分析了测试中的故障响应情况,并定义了一种故障识别表达式.在March算法的基础上,提出针对RRAM故障的有效测试算法,同时设计了可以定位故障的内建自测试(BIST)电路.仿真结果表明,该测试方案具有占用引脚较少、测试周期较短、故障定位准确、故障覆盖率高的优势.     

一种基于HfO2材料的RRAM波动性模型

基于HfO₂材料制作了一种具有良好非易失性的阻变存储器(RRAM)。根据ECM导电细丝机制,建立了动态的Verilog-A模型,该模型包含了RRAM的波动特性。对模型进行直流电压扫描验证,与实际器件的电流-电压特性曲线进行拟合。验证结果表明,该模型具备RRAM器件优良的电学特性,波动特性的加入对电路的前期设计具有指导意义。对模型进行脉冲仿真,仿真结果表明高、低阻态之间的鉴别窗口大于100倍,转变时间小于30 ns。     

铪/二氧化铪基双极阻变存储器特性研究

本文制备了纳米级Hf/HfO2阻变存储器（RRAM）。RRAM顶层电极和底部电极交叉，从而形成了金属-氧化物-金属结构。系统地研究了RRAM的电学特性，包括forming过程，SET过程和RESET过程。讨论了SET电压和RESET电压的相关性，以及高阻态和低阻态的相关性。RRAM的电学特性与SET过程中的限制电路强相关。可以基于量子点接触模型，阐述纳米级Hf/HfO2阻变存储器的导通机制。     

基于I-V特性的阻变存储器的阻变机制研究

随着器件尺寸的缩小,阻变存储器(RRAM)具有取代现有主流Flash存储器成为下一代新型存储器的潜力。但对RRAM器件电阻转变机制的研究在认识上依然存在很大的分歧,直接制约了RRAM的研发与应用。通过介绍阻变存储器的基本工作原理、不同的阻变机制以及基于阻变存储器所表现出的不同I-V特性,研究了器件的阻变特性;详细分析了阻变存储器的五种阻变物理机制,即导电细丝(filament)、空间电荷限制电流效应(SCLC)、缺陷能级的电荷俘获和释放、肖特基发射效应(Schottky emission)以及普尔-法兰克效应(Pool-Frenkel);同时,对RRAM器件的研究发展趋势以及面临的挑战进行了展望。     

阻变存储器及其集成技术研究进展

在各种新型非挥发性存储器中,阻变存储器(RRAM)具有成为下一代存储器的潜力.介绍了RRAM器件的基本结构,分类总结了常用的材料以及制备工艺,对RRAM阵列的集成方案进行了比较,并讨论了目前存在的问题;最后,对RRAM的研究趋势进行了展望.     

基于WO_x阻变材料的RRAM电路设计

采用HHNEC0.18μm标准CMOS工艺设计实现了多个1kb容量的阻变存储器电路。针对WOx阻变材料的操作特点,提出了可切换的写电路以及自调节的读参考电路,满足了单极(Unipolar)与双极(Bipolar)兼容操作需求的同时提高了读操作的成功率。引入位线限流模块解决了置位(set)过程需要字线限流的问题,进而可以实现包含‘0’和‘1’多位数据的并行写入。芯片采用高低两种电压设计,同时包含多种阵列尺寸结构的对比测试电路。     

一种基于阻变单元特性的阻变存储器修复方案

针对新型阻变存储器(RRAM)工艺良率不高的问题,提出了一种新型的修复解决方案,该方案基于阻变单元的特殊性能,即初始状态为高阻,经过单元初始化操作过程后转变为低阻。利用这样特性的阻变单元作为错误检测位、冗余单元作为修复位,提出了三种不同的组织结构来实现修复操作。三种结构由于主存储器、检验位存储器及冗余存储器的组织方式不同,达到了不同的冗余存储器利用率。最后,通过数学分析可以证明,该方案在利用了较少冗余存储器的条件下,可以将阻变存储器的错误率普遍降低10～30倍,实现了较好的修复效果。     

阻变存储器外围电路关键技术研究进展

阻变存储器(RRAM)是一种前景非常好的未来通用存储技术,也是当前国际学术界和工业界研究的热点。主要介绍了存储器外围电路的电路设计,并介绍了阻性存储器外围电路,包括验证电路、写电路、参考模块方案和形式、限流等关键技术的原理,重点讨论了提升复位操作速度,改善高阻值离散性,参考方案的设计和参考单元的组成,用限流实现低功耗操作的方法及其发展趋势。     

阻变型非易失性存储器单元电路结构设计与Spice仿真

为进一步确定阻变型非易失性存储器的擦写速度、器件功耗和集成度等实用化的性能指标,设计RRAM存储器单元电路结构,并使用HSpice软件分别对RRAM存储器单元结构电路的延时和功耗性能进行仿真.同时,通过仿真对双极型和单极型两种电阻转变类型及器件工艺进行比较和分析,确定1T1R结构电路单元适用于双极型阻变型非易失性存储器件,并且电路仿真的结果为阻变型非易失性存储器的进一步实用化提供了参考.     

基于0.13μm标准逻辑工艺的1 Mb阻变存储器设计与实现

采用了SMIC 0.13μm标准CMOS工艺设计并实现了一个1 Mb容量的基于1T1R结构的阻变存储器.描述了整个芯片的基本存储单元、存储器架构以及特殊的电路设计技术,包括优化的存储器架构、用于降低reset功耗的多电压字线驱动、使电阻分布更紧凑的斜坡脉冲写驱动以及可验证的读取参考系统.芯片实现了22F<'2>的存储单...     

还原时间对AlOx/WOx RRAM开关速度的调制作用

基于128 kbit AlOx/WOx双层结构阻变存储器(RRAM)芯片,提出并验证了还原时间对RRAM开关速度的调制作用,同时设计了一种固定电压幅值逐步增大脉宽的算法用于RRAM阵列中速度的测试.还原处理的时间越长,AlOx层的厚度越薄,同时氧空位的含量增多,可加快导电细丝的形成、断裂和重新连接,进而提升芯片的开关速度.测试结果表明,还原时间由10 min增加至30 min,在4V和4.5V操作电压下,FORMING速度分布的均值分别由200 ns减小至120 ns和由100 ns减小至60 ns;在4V和4.5V操作电压下,RESET速度分布的均值分别由160 ns减小至120 ns和由120 ns减小至100 ns;SET速度分布的均值在4V电压下可由120 ns减小至80 ns.此外,还原时间的增长可以改善速度分布的一致性,减小速度的波动.     

一种基于多值RRAM的快速逻辑电路

针对移动物联网设备,提出一种基于多值RRAM的快速逻辑电路,以实现非易失性存储与快速逻辑运算。利用RRAM多值存储特性,采用Crossbar结构,实现了简单快速的译码器与高存储密度查找表,使逻辑电路具有较快的运算速度和较小的面积。基于该结构实现了4位、8位和16位的乘法器,其外围电路采用SMIC 65 nm CMOS工艺实现,而其核心多值RRAM则采用Verilog-A 模型模拟。仿真结果表明,与传统CMOS逻辑电路相比,基于多值RRAM的16位乘法器的速度提高了35.7%,面积减少了14%。     

Bipolar Ni/ZnO/HfO2/Ni RRAM with multilevel characteristic by different reset bias

The authors report the fabrication and characterization of resistive random access memory (RRAM) with Ni/ZnO/HfO₂/Ni structure at room temperature. It was found that the proposed device exhibited bipolar switching behavior with multilevel characteristics in a reset process. It was found that the device exhibited two-step reset stage under high reset bias. By applying a 2nd reset stage after the transformation of the 1st reset stage, it was found that the RRAM could return to the initial state. From I–V curves measured in these two reset stages, it was found that the current conduction was dominated by Schottky emission due to the migration of oxygen ions and recombination with oxygen vacancies. This reaction could break the conducting filament so as to transform carrier transport mechanism to Schottky emission. This also results in the simultaneous transformation from low resistance state (LRS) to high resistance state (HRS).     

Comparison of three different architectures for active resistive memories

Resistive memory (RRAM) is one of the strong emerging technologies in modern memory field. This type of memories has the potential to be the replacement of several current memory types. As any new technology, RRAM brings new challenges concerning technology and design. This work discusses some aspects concerning the design of active resistive memories and compares three possible memory architectures.     

两类阻变机理及性能改善方法的研究

在新型非易失性存储领域,结构简单、高速低耗的阻变存储器具有巨大优势和很强的竞争力.简要介绍了阻变存储器的结构及其两个电阻转变行为.总结了两类阻变机理,探讨了阻变存储器性能优化的方法,以及优化方法在阻变性能与器件的可靠性和稳定性之间如何取得平衡统一的问题,并展望了其前景.     

Resistive random access memory and its applications in storage and nonvolatile logic

The resistive random access memory (RRAM) device has been widely studied due to its excellent memory characteristics and great application potential in different fields. In this paper, resistive switching materials, switching mechanism, and memory characteristics of RRAM are discussed. Recent research progress of RRAM in high-density storage and nonvolatile logic application are addressed. Technological trends are also discussed.