專利名稱：一種快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及鐵電薄膜技術(shù)及鐵電薄膜存儲(chǔ)器件技術(shù)，具體涉 及一種快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
鐵電薄膜存儲(chǔ)器件是一種非揮發(fā)性存儲(chǔ)器件，它利用鐵電電疇在電場中兩種不同 極化取向作為邏輯單元來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，具有讀寫速度快、驅(qū)動(dòng)電壓低、存儲(chǔ)密度高和非揮發(fā)性 等優(yōu)點(diǎn)而成為極具潛力的存儲(chǔ)器件，目前已在移動(dòng)電話、隨身聽、游戲卡和數(shù)碼相機(jī)等耗電 少的電子產(chǎn)品中率先得到了應(yīng)用。解決器件可靠性方面的問題是鐵電薄膜存儲(chǔ)器件進(jìn)一步 發(fā)展的關(guān)鍵，印刻效應(yīng)作為器件可靠性的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容而得到廣泛關(guān)注，印刻效應(yīng)的測試 方法對研究印刻效應(yīng)和器件可靠性測試而言非常重要。印刻效應(yīng)是指鐵電薄膜經(jīng)受的編程脈沖是單極性的，那么與該極性對應(yīng)的鐵電狀 態(tài)會(huì)被加強(qiáng)，電滯回線伴隨矯頑電壓Vc會(huì)沿對應(yīng)的電壓軸方向整體偏移(如圖1所示)。 印刻效應(yīng)會(huì)給鐵電薄膜存儲(chǔ)器件帶來兩個(gè)嚴(yán)重的問題一是在長時(shí)間讀寫操作后會(huì)使某一 極化方向的剩余極化值變小導(dǎo)致數(shù)據(jù)保持特性變差；二是由于矯頑電壓值發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致 器件讀寫操作電壓發(fā)生變化使原先讀寫操作電壓失效。印刻效應(yīng)測試中有兩種加脈沖的機(jī)理來產(chǎn)生印刻效應(yīng)，分別是加一定時(shí)間、一定 大小的印刻電壓產(chǎn)生印刻效應(yīng)以及加預(yù)置偏壓后再加反向脈沖后等待不同時(shí)間產(chǎn)生的印 刻效應(yīng)，現(xiàn)有技術(shù)傳統(tǒng)的方法是完成施加印刻效應(yīng)所需的脈沖過程后，再測電滯回線，比較 施加印刻效應(yīng)前后電滯回線的偏移得出矯頑電壓Vc的變化。傳統(tǒng)測試方法其存在如下缺 陷，由于加測試電壓的時(shí)間太長會(huì)引入新的印刻效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免傳統(tǒng)測試方法的測試時(shí)間長，精確度低的缺點(diǎn)，提供一種 快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法。本發(fā)明提供的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，是完成施加印刻效應(yīng)所需的脈 沖過程后，測反轉(zhuǎn)電流，通過反轉(zhuǎn)電流算出矯頑電壓Vc的值。如圖2所示，由于電滯回線的 測量使用的是三角波，三角波是由許多不同高低的脈沖組成的，測量時(shí)間至少要一秒以上， 而測量反轉(zhuǎn)電流只要加一個(gè)電壓脈沖即可，所需時(shí)間僅為幾十納秒，能夠更快速地測量印 刻效應(yīng)，且由于測量電滯回線所需時(shí)間較長，測試過程本身就會(huì)導(dǎo)致印刻效應(yīng)，所以本方法 采用測反轉(zhuǎn)電流的方法更精確。本發(fā)明方法通過測量鐵電薄膜極化反轉(zhuǎn)電流來計(jì)算矯頑電壓Vc，可以快速測量鐵 電薄膜的印刻效應(yīng)。實(shí)現(xiàn)本方法的脈沖電壓施加形式包括兩種(1)加一個(gè)產(chǎn)生印刻效應(yīng)的脈沖電壓后，立刻再加一個(gè)與此印刻電壓相反極性的 脈沖電壓并測量鐵電薄膜的反轉(zhuǎn)電流；(2)加一個(gè)預(yù)置極化方向的脈沖電壓，等待一段弛豫時(shí)間后加一個(gè)起印刻作用的正負(fù)雙極性的脈沖電壓，再等待一段時(shí)間以產(chǎn)生印刻效應(yīng)，最后加一個(gè)與之前正負(fù)雙極性 脈沖電壓完全相同的正負(fù)雙極性電壓以測量反轉(zhuǎn)電流。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述印刻電壓大小為-IOV至10V，所加時(shí)間為50 納秒至100秒。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述測反轉(zhuǎn)電流的脈沖電壓大小為-IOV至10V， 所加時(shí)間為50納秒至10微秒。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述預(yù)置電壓的大小為-IOV至10V，所加時(shí)間為 50納秒至10微秒。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述弛豫時(shí)間為5秒至105秒。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述起印刻作用的正負(fù)雙極性脈沖電壓的大小 為-IOV至10V，脈沖時(shí)間為50納秒至10微秒。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述兩個(gè)正負(fù)雙極性脈沖電壓之間的產(chǎn)生印刻 效應(yīng)的時(shí)間為50納秒至100秒。本發(fā)明中，作為可選的技術(shù)方案，所述測量反轉(zhuǎn)電流的正負(fù)雙極性脈沖電壓的大 小為-IOV至10V，脈沖時(shí)間為50納秒至10微秒。采用本發(fā)明提供的測試方法，可以大幅降低測試印刻效應(yīng)的時(shí)間，能夠在納秒量 級測試印刻效應(yīng)，且比傳統(tǒng)方法更精確(傳統(tǒng)測試方法由于加測試電壓的時(shí)間太長會(huì)引入 新的印刻效應(yīng))，因此具有很好的應(yīng)用前景。


圖1是由于印刻效應(yīng)導(dǎo)致的P-V(極化強(qiáng)度-電壓)電滯回線發(fā)生偏移的電滯回 線圖。圖2是傳統(tǒng)測試方法中測試電滯回線所用的三角波波形和本專利中測試反轉(zhuǎn)電 流所用的脈沖方波波形示意圖。圖3是測量加一定時(shí)間、一定大小的印刻電壓產(chǎn)生印刻效應(yīng)的測試波形示意圖。圖4是反轉(zhuǎn)電流流過負(fù)載電阻產(chǎn)生的負(fù)載電壓對應(yīng)使電疇反轉(zhuǎn)的脈沖電壓時(shí)間 的關(guān)系圖，IOOns和IOs指的是印刻電壓所加的時(shí)間。圖5是矯頑電壓Ve對應(yīng)印刻電壓施加時(shí)間t的關(guān)系圖，-5. 2V和-2. OV代表了兩 種印刻電壓，t0是印刻效應(yīng)起作用的時(shí)間分界點(diǎn)。圖6是印刻效應(yīng)起作用的時(shí)間分界點(diǎn)、對應(yīng)印刻電壓Vb的關(guān)系圖。圖7是正負(fù)矯頑電壓士V。對應(yīng)兩個(gè)正負(fù)雙極性脈沖電壓之間等待時(shí)間t的關(guān)系 圖，圖中的波形圖是測試所用的脈沖信號示意圖。
具體實(shí)施例方式以下分兩種產(chǎn)生印刻效應(yīng)的加脈沖信號的機(jī)理來說明具體實(shí)施方法，測試所需的 脈沖信號都是用信號發(fā)生器來編輯的。實(shí)施例1.測量加一定時(shí)間、一定大小的印刻電壓產(chǎn)生的印刻效應(yīng)用信號發(fā)生器編輯一個(gè)能使鐵電薄膜產(chǎn)生印刻效應(yīng)的偏壓Vb，大小應(yīng)滿足|Vb| > V」，時(shí)間t范圍可以從納秒量級到秒量級。在Vb結(jié)束后立刻加一相反方向的反轉(zhuǎn)電壓(Vsw)，脈沖時(shí)間約為幾十納秒，大小應(yīng)滿足IvswI > IvbI，它使電疇極化反轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生極化 反轉(zhuǎn)電流。最后用示波器讀出反轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生的負(fù)載電壓久=IswXRJ。根據(jù)反轉(zhuǎn)電流的 公式
權(quán)利要求
一種快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，通過測量鐵電薄膜極化反轉(zhuǎn)電流計(jì)算矯頑電壓Vc，快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)；其包括下述形式的脈沖電壓施加方法(1)加一個(gè)產(chǎn)生印刻效應(yīng)的脈沖電壓后，立刻再加一個(gè)與此印刻電壓相反極性的脈沖電壓并測量鐵電薄膜的反轉(zhuǎn)電流；(2)加一個(gè)預(yù)置極化方向的脈沖電壓，等待一段弛豫時(shí)間后加一個(gè)起印刻作用的正負(fù)雙極性的脈沖電壓，再等待一段時(shí)間以產(chǎn)生印刻效應(yīng)，最后加一個(gè)與之前正負(fù)雙極性脈沖電壓完全相同的正負(fù)雙極性電壓以測量反轉(zhuǎn)電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(1) 中，所述印刻電壓大小為-IOV至10V，所加時(shí)間為50納秒至100秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(1) 中，所述測反轉(zhuǎn)電流的脈沖電壓大小為-IOV至10V，所加時(shí)間為50納秒至10微秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述預(yù)置電壓的大小為-IOV至10V，所加時(shí)間為50納秒至10微秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述弛豫時(shí)間為5秒至105秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述起印刻作用的正負(fù)雙極性脈沖電壓的大小為-IOV至10V，脈沖時(shí)間為50納秒至10 微秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述兩個(gè)正負(fù)雙極性脈沖電壓之間的產(chǎn)生印刻效應(yīng)的時(shí)間為50納秒至100秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)的方法，其特征在于，所述的(2) 中，所述測量反轉(zhuǎn)電流的正負(fù)雙極性脈沖電壓的大小為-IOV至10V，脈沖時(shí)間為50納秒至 10微秒。
全文摘要
本發(fā)明屬微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及鐵電薄膜印刻效應(yīng)的測試方法。本發(fā)明通過測量鐵電薄膜極化反轉(zhuǎn)電流快速測量鐵電薄膜印刻效應(yīng)，其包括(1)加一個(gè)產(chǎn)生印刻效應(yīng)的脈沖電壓后，立刻再加一個(gè)與此印刻電壓相反極性的脈沖電壓并測量鐵電薄膜的反轉(zhuǎn)電流；(2)加預(yù)置極化方向的脈沖電壓，等待一段弛豫時(shí)間后加一個(gè)起印刻作用的正負(fù)雙極性的脈沖電壓，再等待一段時(shí)間以產(chǎn)生印刻效應(yīng)，最后加一個(gè)與之前正負(fù)雙極性脈沖電壓完全相同的正負(fù)雙極性電壓以測量反轉(zhuǎn)電流。本發(fā)明能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通過測量電滯回線得出Vc的方法，能大幅降低測試印刻效應(yīng)所需時(shí)間，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01R31/00GK101943721SQ20091005468
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者江安全, 翁旭東 申請人:復(fù)旦大學(xué)