[发明专利]一种光电混合相变存储器测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种光电混合相变存储器测试系统及方法，包括：激光器模块，用于对样品提供诱导其相变材料相变的激光信号；电学测试模块，用于对样品提供测量信号并测试其相变材料相变所产生的电学性能变化；微控探针台，用于对样品引入并施加激光信号或测量信号；所述控制模块，用于根据测试指令控制激光器模块和电学测试模块在微控探针台上进行引入和切换。本发明可满足光电混合相变存储器的相变材料筛选和器件原理性验证等功能，操作简便，功能齐全。

技术领域

本发明涉及光电子领域，具体涉及一种光电混合相变存储器测试系统及方法。

背景技术

在半导体市场中，存储器占有重要的地位。利用相变薄膜材料作为存储介质的相变存储器(PCRAM)被认为是最有潜力的下一代非易失性存储器。PCRAM是基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其关键核心材料是作为存储介质的相变薄膜，Ovshinsky于1992年提出了基于电学信号的可擦写相变存储器的专利(美国专利，专利号：5166758)。PCRAM的基本原理是：施加电学脉冲信号于器件单元，使相变材料在非晶态与晶态之间产生可逆转变，利用材料在高电阻值的非晶态和低电阻值的晶态之间的电阻差异来实现数据存储。

存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。从PCRAM的基本操作原理来看，PCRAM的擦除过程涉及相变材料的结晶，所需时间往往在几十甚至几百纳秒，是制约其速度的瓶颈所在。目前被用来诱导相变材料结晶的实验方法包括热退火、激光诱导和电脉冲诱导，热退火仅限于实验室研究相变材料的基本结晶性能时使用，结晶充分，但所耗时间非常长(秒级别以上)；利用激光诱导相变材料发生结晶可以在纳秒、皮秒甚至飞秒量级时间内完成，但是结晶前后相变材料的光学性能差异太小，信息存储的载噪比很低；而利用脉冲电信号诱导相变材料发生结晶，结晶前后相变材料的电学性能差异非常大，可获得很高的信息存储载噪比，但是发生结晶的时间相对较长(几十纳秒级别以上)，无法满足超高速存储要求。如果利用激光诱导相变实现信息的写入和擦除，而利用测量相变材料的电阻变化可实现信息的准确无误读出，即本专利发明人提出的一种光电混合存储的相变存储器结构及其制备方法(中国专利，专利号：ZL 201310534339.5)，借此可充分发挥传统意义的光存储和电存储的各自优势，实现超高速存储的目的。

现有针对相变存储器，测试系统的主要功能仅提供电脉冲(最短脉冲为200ps)诱导相变材料发生相变过程，实现写入和擦除操作，信息的读出通过读取相变前后电阻的变化实现，但此类测试装置及方法无法提供激光脉冲诱导相变材料产生相变，完全不能满足光电混合相变存储器的测试要求。针对光电混合相变存储技术的要求，需要重点开发相变材料和光电混合相变存储器器件单元的性能测试方法，目前国际上还没有专门的测试装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种光电混合相变存储器测试系统及方法，以完成光电混合相变存储的相变材料和器件单元性能测试。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光电混合相变存储器测试系统，包括：

激光器模块，用于对样品提供诱导其相变材料相变的激光信号；

电学测试模块，用于对样品提供测量信号并测试其相变材料相变所产生的电学性能变化；

微控探针台，用于对样品引入并施加激光信号或测量信号；

所述控制模块，用于根据测试指令控制激光器模块和电学测试模块在微控探针台上进行引入和切换。

作为本发明的进一步改进，所述激光信号为脉高或脉宽逐渐增加或减小的激光脉冲信号。

作为本发明的进一步改进，所述激光脉冲信号的脉高为0-3000μJ，所述激光脉冲信号的单个脉冲脉宽≤100ps。