消费电子行业日益担心浮栅 NVM(非易失性内存)不能继续以每比特更低成本来提供更高的存储功能,而每比特更低成本则是驱动 NVM 市场发展的根本性要求。浮栅方法可能会“撞墙”,意味着替代技术的研究工作已经变得日益关键。科学家们正在研究可以替代 FG NAND 技术的 NVM 备选方案,包括相变内存(PCM/PRAM)、电荷俘获内存(CTF/SONOS)、电阻内存(ReRAM)、铁电内存(FeRAM)和磁阻内存(MRAM) 等。

 

理想的内存应兼具动态内存和非易失性内存的特点:成本越来越低,密度越来越高;快速读 / 写,类似于或快于现有的 DRAM 速度;耐久性高,以满足 DRAM 或 SSF 应用;保留期长;功率和电压要求低;兼容现在的逻辑电路和半导体工艺。

 


几种非易失性内存器件。

 

NVM 测试要求发生改变,对测试方案提出新的要求。

 

电气表征在传统上是使用 DC 仪器执行的,如源测试单元 SMU 仪器,表征之前脉冲发生器已经编辑和 / 或擦除内容单元。其缺点是,这要求某类开关,对测试器件交替应用 DC 或脉冲信号。另一种方法是偶尔会使用示波器,闪存状态对脉冲电压电平相当敏感,在被测器件 DUT 上检验脉冲保真度(脉冲宽度、过冲、脉冲电压电平、上升时间、下降时间)。其缺点是测量瞬态电流的复杂性,意味着只能在脉冲传送时才能获得电压测量。

 

后来传统一体化表征方案有了很大改进,使用定制系统同时测量电流和电压,测量方法一般使用负载或传感电阻器,使用示波器或模数转换器测量电流。但这也存在其缺点,一般创造性不强,测试功能有限,测试控制麻烦,要求耗费大量时间提取信息;以及负载电阻器对传送到器件的电压的影响,对许多脉冲测量会产生明显负作用。

 

业内目前正在考察许多 NVM 材料和技术,每种材料和技术在物理内存特点方面都有着独特之处。但是,对这些方法进行整体电气表征时,很多重要的测试参数和方法都是相同的。这种共性意味着可以使用一台测试仪器,来表征各种内存技术和器件。

 

新仪器要为科研人员提供额外的数据,可以用更少的时间更好地了解 NVM 材料和器件特点。应用脉冲,同时使用高速采样技术测量电压和电流,可以更好地了解提供内存行为的电气和物理机制。在 DC 表征中增加这种瞬态表征功能,可以提供与固有的材料属性和器件响应有关的基础数据。

 

集中式的表征,泰克 4200A 一体化解决方案。

 

不管考察的是哪种特定内存技术,都要求脉冲传送,来测试开关特点。脉冲传送及同时测量提供了必要的数据,可以了解开关机制的动态特点。不同材料的说法不尽相同,例如,编程 / 擦除、设置 / 重设和写入 / 擦除都用来指明比特 1 或 0 的基础存储。这些写入 / 擦除程序在脉冲模式下完成,提供典型内存操作要求的整体速度,仿真最终产品环境。

  

 

左图:4225-PMU 超快速 I-V 模块和两个 4225-RPM 远程放大器 / 开关模块。右图:4225-PMU 方框图,通过使用 RPM1 和 RPM2 连接,可以使用 4225-PMU 及两个 4225-RPM。SSR 显示了固态中继器,其用于高阻抗模式,通过 Fowler-Nordheim 隧道在闪存器件上执行编程或擦除操作。

 

泰克吉时利 4225-PMU 超快速 I-V 模块是 4200A-SCS 使用的一种单插槽仪器卡,它有两条电压脉冲源通道,每条通道有集成的同步实时电流和电压测量功能。测量分成两类:采样和均值。采样类型用来捕获基于时间的电流和电压波形,这些波形对了解瞬态或动态特点至关重要。均值类型为 I-V 表征提供了类似 DC 的电流和电压测量。实时采样功能对于在单个波形中捕获 NVM 材料的瞬态特点至关重要,因为应用重复的波形会导致内存开关行为,甚至损坏材料本身。

 

4225-RPM 远程放大器 / 开关是一种选配产品,是对 4225-PMU 的补充。这个小盒子位于 DUT 附近,提供许多 NVM 材料和技术表征必需的较低的电流测量范围。此外,4225-RPM 为 4200A-SCS 的源测量单元(SMUs)和 CVU 信号提供了开关功能,支持高分辨率 DC 测量和 C-V 测量。4225-RPM 是一种单通道设备,因此要求两个 4225-RPM 模块,以匹配 4225-PMU 的两条通道。4225-RPM 模块设计成位于测试器件附近(≤30cm 或 1 英尺),以最大限度减少线缆影响,提供改善的脉冲形状和高速测量。

 

浮栅非易失性内存表征项目截图

 

Clarius 软件带有一套 NVM 表征使用的范例项目。可以使用 Memory 过滤器在 Project Library 项目库中找到范例项目。这些项目为闪存、PRAM、FeRAM 和 ReRAM 器件提供了测试和数据,演示了 4200A-SCS 特别是 4225-PMU 及 4225-RPM 的功能。上图是闪存器件项目浮栅非易失性内存表征项目的截图。4225-PMU/4225-RPM 相结合,提供了基础脉冲和瞬态 I-V 测试功能,可以考察和表征各种 NVM 材料和器件。