專利名稱：Rram單元測試系統切換器及rram單元測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種RRAM單元測試系統切換器及一種RRAM單元測試系統。
背景技術：
便攜式可移動存儲技術的迅速發展對非揮發存儲器件的高密度、高速度、低功耗 等特性提出了更高的要求。阻變式存儲器(Resistive random access memory,RRAM單元) 是以材料的電阻在外加電場作用下可在高組態和低阻態之間實現可逆轉換為基礎的一類 前瞻性下一代非揮發存儲器，其具有低操作電壓、低功耗、高寫入速度、耐擦寫、非破壞性讀 取、保持時間長、結構簡單、與傳統CMOS工藝相兼容等優點。然而，探測脈沖激勵前后功能 層薄膜微觀區域的電勢分布變化、尋找器件結構內部不同載流子的輸運機制仍是當前研究 工作亟待解決的難點。電阻轉變部位的確認、電阻轉變過程中元素的變化以及電阻轉變的 動力學問題仍然處于探索階段，這些表明RRAM單元的存儲機理研究是當前研究工作所面 臨的最緊要問題，電致電阻開關的物理機制不清楚已經成為制約RRAM單元存儲實用化的 主要障礙，不利于新材料、高性能的器件的進一步研究和開發。因此這些性能的研究有助于 表征技術的發展和大量實驗數據的驗證，而電學性能的研究又有助于其物理特性的理解， 同時也是阻變存儲器商業化的關鍵參數，正因為如此使得其電學的表征變得艱巨而重要。 雖然近幾年有大量的阻變存儲的技術的文章和專利涌現，但是有關存儲器表征技術卻少而 又少。實際阻變存儲器的表征手段不僅涉及到數據的真實性、可靠性，同時也是阻變存儲器 能否快速發展的瓶頸。 RRAM單元結構是下電極/功能材料/上電極，其中功能層材料是鈣鈦礦結構氧化 物、二元過渡金屬氧化物、部分高分子材料等。而RRAM單元的測試是通過在電極上施加不 同的脈沖信號實現信息的寫入、擦除和讀出操作。RRAM單元測試主要包括電流-電壓關 系測試、電壓_電流關系測試、電阻寫脈沖信號高度關系測試、電阻寫脈沖信號寬度關系測 試、電阻_擦脈沖信號高度關系測試、電阻_擦脈沖信號高度關系測試、不同阻態_寫擦次 數關系等測試。 而現有的RRAM單元測試設備均無法實現兩種測試儀器(數字信號源表和脈沖信
號發生器)的瞬時切換，常采用的方法是先測試直流i-v信號，然后將原線路中部分電路拆
除，最后實現連接脈沖信號的測試手段。這樣的測試不僅繁瑣而且由于連接電路的不斷變 化帶來不必要的系統誤差，因為每一次的線路不能保證完全相同的連接點，嚴重影響器件 電學性能的連續性和可靠性，從而限制了對RRAM單元的測試。最重要的是直流和交流信號 只有在較短暫的切換時段下才能基本保證測試結果的一致性，這些都給自動化的測試帶來 了挑戰。
發明內容
本發明的目的是提供一種RRAM單元測試系統切換器，以實現兩種信號源的瞬時 切換。
本發明的目的還在于提供一種RRAM單元測試系統，以更方便、更精確地實現對 RRAM單元的電學和存儲性能的測試。 為實現上述目的，采用的技術方案是一種RRAM單元測試系統切換器，包括控制 回路和動作電路，并具有雙聯繼電器； 控制回路包括控制信號端口、光電耦合器和雙聯繼電器線圈，光電耦合器的發光 部分和控制部分分別與控制信號端口和雙聯繼電器線圈相連，以實現雙聯繼電器線圈的通 斷； 動作電路包括兩個不同信號源的信號輸入接口和兩個信號輸出接口，信號輸入接 口和信號輸出接口通過所述的兩個雙擲觸頭連接，其中一個雙擲觸頭的兩個輸入端對應連 接兩個信號源的高信號輸入，該觸頭的輸出端與其中一個信號輸出接口連接；另一個雙擲 觸頭的兩個輸入端對應連接兩個信號源的低信號輸入，該觸頭的輸出端與另一個信號輸出 接口連接，以實現雙聯繼電器工作或斷開時僅有一路信號源的高低信號經兩個雙擲觸頭由 兩個信號輸出接口輸出。 光電耦合器控制部分為光敏三極管，光敏三極管的集電極通過電阻連接于一個正 向電壓，光敏三極管的集電極還連接于一個可控開關管的控制端，光敏三極管的發射極接 地；雙聯繼電器的線圈連接于所述正向電壓和可控開關管的輸入端，可控開關管的輸出端 接地。 雙聯繼電器線圈上并聯有電容支路和二極管支路，所述兩個支路一端接地。
在控制回路上設置有雙聯繼電器線圈工作狀況指示燈。 —種RRAM單元測試系統，包括主控計算機和切換器，主控計算機通過控制總線連
接有數字信號源和脈沖信號發生器，數字信號源和脈沖信號發生器的信號輸出端經切換器
連接于微控探針臺，切換器的控制端與主控計算機相連； 所述的切換器包括控制回路和動作電路，并具有雙聯繼電器； 控制回路包括控制信號端口 、光電耦合器和雙聯繼電器線圈，光電耦合器的發光 部分和控制部分分別與控制信號端口和雙聯繼電器線圈相連，以實現雙聯繼電器線圈的通 斷； 動作電路包括兩個不同信號源的信號輸入接口和兩個信號輸出接口，信號輸入接 口和信號輸出接口通過所述的兩個雙擲觸頭連接，該繼電器的線圈連接于兩個雙擲觸頭， 其中一個雙擲觸頭的兩個輸入端對應連接兩個信號源的高信號輸入，該觸頭的輸出端與其 中一個信號輸出接口連接；另一個雙擲觸頭的兩個輸入端對應連接兩個信號源的低信號輸 入，該觸頭的輸出端與另一個信號輸出接口連接，以實現雙聯繼電器工作或斷開時僅有一 路信號源的高低信號經兩個雙擲觸頭由兩個信號輸出接口輸出。 作為優化，光電耦合器控制部分為光敏三極管，光敏三極管的集電極通過電阻 連接于一個正向電壓，光敏三極管的集電極還連接于一個可控開關管的控制端，光敏三 極管的發射極接地；雙聯繼電器的線圈連接于所述正向電壓和可控開關管的輸入端，可 控開關管的輸出端接地；雙聯繼電器線圈上并聯有電容支路和二極管支路，所述兩個 支路一端接地；主控計算機與數字信號源和脈沖信號發生器之間的控制總線上設置有 GPIB(Ge證al-Purposelnterface Bus，通用接口總線)卡。 本發明RRAM單元測試系統切換器中采用雙聯繼電器作做為切換開關，結構簡單，
5通過雙聯繼電器的動作就可以實現不通信號通路的選擇。 本發明RRAM單元測試系統包括主控計算機和切換器，主控計算機通過控制總線 連接有數字信號源和脈沖信號發生器，數字信號源和脈沖信號發生器的信號輸出端經切換 器連接于微控探針臺，切換器的控制端與主控計算機相連，切換器采用具有雙聯繼電器的 切換器進行信號切換，實現了對RRAM單元測試過程中兩種信號源的瞬時切換，更方便、更 精確的實現對RRAM單元的電學和存儲性能的測試。
圖1是本發明RRAM單元測試系統切換器的電路原理圖；
圖2是本發明RRAM單元測試系統的原理圖。
具體實施方式
實施例一 本實施例為RRAM單元測試系統切換器的實施例，如圖1所示，包括控制回路和動 作電路，并具有雙聯繼電器J; 控制回路的控制信號端口通過電阻R1連接于光電耦合器T1發光二極管的輸入 端，該發光二極管的輸出端接地，光電耦合器Tl控制端的光敏三極管的發射極接地，該光 敏三極管的集電極通過電阻R2連接于+5V正向電壓，該光敏三極管的集電極還連接至三極 管T2的基極，三極管T2的集電極通過雙聯繼電器J的線圈連接至上述+5V正向電壓，三極 管T2的發射極接地，由二極管Dl和由電容CI分別與雙聯繼電器J的線圈并聯。
控制回路中還設有雙聯繼電器J工作狀況的指示燈LED1和LED2， LED1和LED2分 別為紅色和綠色的發光二極管，發光二極管LED1的輸入端連接至光電耦合器Tl發光二極 管的輸入端，發光二極管LED1的輸出端接地；發光二極管LED2與電阻R3串聯后連接于上 述+5V正向電壓和三極管T2的集電極之間。控制回路的控制信號端口連接于主控計算機 的打印機接口 DB25。 動作電路包括兩個不同信號源的信號輸入接口 C0NN和BNC1以及兩個信號輸出接 口 BNC2和BNC3，信號輸入接口 C0NN和BNC1的高信號端分別連接至雙聯繼電器J的雙擲觸 頭^的下觸頭J13和上觸頭J12，信號輸入接口 CONN和BNC1的低信號端分別連接至雙聯繼 電器J的雙擲觸頭J2的下觸頭J23和上觸頭J22，雙聯繼電器J的雙擲觸頭衛和J2的輸出 端Jn和J21分別連接至信號輸出接口 BNC2和BNC3。 控制程序采用Winio軟件，打印機卡的地址為378H，其中數據口 0378H，狀態口 0379H，控制口 037AH。 當計算機輸出高電位時，打印口設置為l，表示打印機口與外電路接通，紅色LEDl 亮，T1接通，三極管T2中基極電流下降，處于截止狀態，此時雙聯繼電器上無電流，12與
Ju、 J22與J21導通，脈沖信號發生器的高低信號線接通，整個電路是脈沖信號發生器對探針 臺上的樣品施加脈沖信號。 當計算機輸出低電位時，打印口設置為0，表示打印機口與外電路未接通，紅色 LED1不亮，Tl不接通，三極管T2中基極電流升高，處于導通狀態，綠色LED2亮，此時雙聯繼 電器上有電流，J13和Jn、 J23和J21接通，數字信號源表的高低信號線接通，整個電路是數字
6信號源表對探針臺上的樣品施加直流信號。 本實施例中采用雙聯繼電器實現不同信號通路的選擇，當然也可以采用其它方
式，例如利用兩個繼電器相互關聯設置，實現不通信號通路的選擇。 實施例二 本實施例為RRAM單元測試系統的實施例，如圖2所示，包括主控計算機和切換器， 主控計算機通過GPIB卡及控制總線連接有數字信號源和脈沖信號發生器的監控端接口， 數字信號源和脈沖信號發生器的信號輸出端經切換器連接于微控探針臺，切換器的控制端 通過打印機并口控制電纜與主控計算機相連；本實施例中采用的切換器為實施例一所述的 切換器。 主控計算機通過打印機并口控制電纜實現微控探針臺在脈沖信號發生器和數字 信號源之間的切換，通過GPIB卡實現對脈沖發生器和阻抗測試設備的控制以及數據的采 集和傳遞，以供主控計算機即時地顯示所采集到的數據和相關曲線，及對所采集到的數據 保存。
權利要求
一種RRAM單元測試系統切換器，其特征在于，包括控制電路、動作電路和切換電路；控制電路包括控制信號輸入端口和可控開關管，可控開關管的控制端與控制信號輸入端口相連接，可控開關管的輸出端與動作電路相連接；動作電路中設置有中間繼電器，該繼電器具有兩個雙擲觸頭，該繼電器的線圈與可控開關的輸出端相連接；切換電路包括兩個不同信號源的信號輸入接口和兩個信號輸出接口，信號輸入接口和信號輸出接口通過中間繼電器的兩個雙擲觸頭連接，其中一個雙擲觸頭的兩個切換觸點對應連接兩個信號源的高信號輸入，該觸頭的共用觸點與其中一個信號輸出接口連接；另一個雙擲觸頭的兩個切換觸點對應連接兩個信號源的低信號輸入，該觸頭的共用觸點與另一個信號輸出接口連接，以實現同一時刻僅有一路信號源的高低信號經兩個雙擲觸頭由兩個信號輸出接口輸出。
2. 如權利要求1所述的RRAM單元測試系統切換器，其特征在于，所述的可控開關管為 光電耦合器，中間繼電器的線圈與光電耦合器輸出端之間設置有一個三極管，其中三極管 的基極與光電耦合器光敏三極管的集電極連接，三極管的集電極與中間繼電器的線圈一端 相連，三極管的發射極接地，中間繼電器的另一端連接有一個正向電壓，正向電壓和三極管 基極之間還設置有電阻。
3. 如權利要求2所述的RRAM單元測試系統切換器，其特征在于，中間繼電器的線圈上 并聯有包括一個二極管的續流支路。
4. 如權利要求1或2或3所述的RRAM單元測試系統切換器，其特征在于，中間繼電器 的線圈上并聯有至少由一個電容構成的電容支路。
5. 如權利要求4所述的RRAM單元測試系統切換器，其特征在于，切換器上設置有中間 繼電器工作狀況指示燈。
6. —種RRAM單元測試系統，包括主控計算機和微控探針臺，主控計算機通經數字信號 源或脈沖信號發生器與微控探針臺相連，其特征在于，該系統還具有切換器，數字信號源和 脈沖信號發生器的信號輸出端經切換器連接于微控探針臺，切換器的控制端與主控計算機 相連；所述切換器包括控制電路、動作電路和切換電路；控制電路包括控制信號輸入端口和可控開關管，可控開關管的控制端與控制信號輸入 端口相連接，可控開關管的輸出端與動作電路相連接；動作電路中設置有中間繼電器，該繼電器具有兩個雙擲觸頭，該繼電器的線圈與可控 開關的輸出端相連接；切換電路包括兩個不同信號源的信號輸入接口和兩個信號輸出接口，信號輸入接口和 信號輸出接口通過中間繼電器的兩個雙擲觸頭連接，其中一個雙擲觸頭的兩個切換觸點對 應連接兩個信號源的高信號輸入，該觸頭的共用觸點與其中一個信號輸出接口連接；另一 個雙擲觸頭的兩個切換觸點對應連接兩個信號源的低信號輸入，該觸頭的共用觸點與另一 個信號輸出接口連接，以實現同一時刻僅有一路信號源的高低信號經兩個雙擲觸頭由兩個 信號輸出接口輸出。
7. 如權利要求6所述的RRAM單元測試系統，其特征在于，所述的可控開關管為光電耦 合器，中間繼電器的線圈與光電耦合器輸出端之間設置有一個三極管，其中三極管的基極與光電耦合器光敏三極管的集電極連接，三極管的集電極與中間繼電器的線圈一端相連， 三極管的發射極接地，中間繼電器的另一端連接有一個正向電壓，正向電壓和三極管基極 之間還設置有電阻。
8. 如權利要求7所述的RRAM單元測試系統，其特征在于，中間繼電器的線圈上并聯有 包括一個二極管的續流支路，還并聯有至少由一個電容構成的電容支路。
9. 如權利要求8所述的RRAM單元測試系統，其特征在于，切換器上設置有中間繼電器 工作狀況指示燈。
10. 如權利要求6、7、8或9所述的RRAM單元測試系統，其特征在于，主控計算機與數字 信號源和脈沖信號發生器之間的控制總線上設置有GPIB(通用接口總線)卡。
全文摘要
本發明涉及一種RRAM單元測試系統切換器及一種RRAM單元測試系統，該切換器主要由雙聯繼電器構成，雙聯繼電器的線圈通過光電耦合器與控制信號端口連接，由其帶動相應的兩個雙擲開關實現信號同路的選擇，該切換器與兩種不同的信號源及主控計算機等構成了RRAM單元測試系統，實現了對RRAM單元測試過程中兩種信號源的瞬時切換，更方便、更精確地實現對RRAM單元的電學和存儲性能的測試。
文檔編號G11C29/56GK101770816SQ20091031203
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者孫獻文, 張偉風, 張奇惠, 張婷, 王培 , 陳紅舉, 高偉, 黃宗胤 申請人:河南大學