專利名稱：：檢測可變電阻材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電阻隨機存取存儲器，特別涉及其電阻層所用可變電阻材料的檢測方法。
背景技術(shù)：
：開發(fā)成本低，讀寫速度快，存儲密度高，制造簡單且與當前的互補金屬氧化物(CMOS)半導體集成電路工藝兼容性好的新型存儲技術(shù)正受到世界范圍的廣泛關(guān)注。電阻隨機存取存儲器(RRAM，ResistiveRandomAccessMemory)內(nèi)存技術(shù)是目前多家器件制造商開發(fā)的重點，因為這種技術(shù)可以提供更高密度、更低成本與更低耗電量的非易失性內(nèi)存。例如在申請?zhí)枮?00610170100.4的中國專利申請中就介紹了一種電阻隨機存取存儲器的基本結(jié)構(gòu)，參照圖1所示，電阻隨機存取存儲器10包括依次堆疊的下電極11、氧化物層12以及上電極13。氧化物層12作為存儲節(jié)點工作，并通常由具有可變電阻特性的金屬氧化物組成。迄今，具有可變電阻特性(或稱為二元電阻特性)的材料，在鈣鈦礦氧化物(Perovskiteoxide)，例如SrTi03、SrZr03、PCM0、PCT0等，在過渡金屬氧化物(transitionmetaloxide)，例如Ni_0、Cu_0、W_0、TiON、Zr_0、Fe_0等，在固態(tài)電介質(zhì)(solidstateelectrolyte);甚至在聚合物(polymers)中都能夠發(fā)現(xiàn)。對由例如上述各種材料構(gòu)成的電阻隨機存取存儲器的研究常采用的模型，是基于電阻隨機存取存儲器的上下電極間材料中的傳導路徑，或稱為傳導纖維(conductivefilaments)的形成或斷裂(rupture)而建立的。所述傳導路徑的形成或斷裂，可能由例如材料中金屬離子、氧離子等的移動，和/或電子或空穴的捕獲/脫離捕獲引起。圖2a至圖2c為電阻隨機存取存儲器施加電壓后狀態(tài)變化示意圖，圖2a所示為電阻隨機存取存儲器的器件結(jié)構(gòu)示意圖，包括依次堆疊的下電極11、氧化物層12以及上電極13，其中氧化物層12具有絕緣介質(zhì)15及分布于絕緣介質(zhì)15間的導電區(qū)域14。當在下電極11、上電極13上施加電壓后，參照圖2b所示，所述導電區(qū)域14會逐漸聚攏。當電壓增加至達到某一值時，參照圖2c所示，這些聚攏的導電區(qū)域14會形成一條傳導路徑16。上述電阻隨機存取存儲器隨施加電壓值而產(chǎn)生的狀態(tài)變化可以通過電流-電壓曲線觀察到。參照圖3所示，在上下電極間施加電壓，并測量兩電極間電流，當提供正電壓或負電壓，并增大到一定程度時，兩電極間的電流會突然迅速增大，例如0-a-a或0-c-c，表明兩電極間氧化物層的電阻從高阻態(tài)變成低阻態(tài)；而當在低阻態(tài)下，以某一正電壓或負電壓值施加于兩電極間，兩電極間電流會突然減小，例如o-b-b或o-d-d，表明兩電極間氧化物層的電阻從低阻態(tài)變成高阻態(tài)。通過對提供給電阻隨機存取存儲器的電壓進行控制，就能使得所述電阻隨機存取存儲器在高阻態(tài)和低阻態(tài)間可逆切換，從而達到信號存儲的作用。通常將從高阻態(tài)跳變?yōu)榈妥钁B(tài)的操作稱為置位操作或?qū)懖僮鳎瑢牡妥钁B(tài)跳變?yōu)楦咦钁B(tài)的操作稱為復位操作或擦除操作。繼續(xù)參照圖3所示，在通過電壓控制實現(xiàn)電阻隨機存取存儲器的阻值態(tài)跳變時發(fā)現(xiàn)，有時并不是立即發(fā)生，而是緩慢發(fā)生。例如在置位時出現(xiàn)0-a-a'或0-c-c'的情況，在復位時出現(xiàn)o-b-b'或o-d-d'的情況。因此，目前通過電流-電壓曲線，僅能獲得一個大概的電阻隨機存取存儲器的阻值態(tài)跳變情況。目前，對可變電阻材料的檢測方法有以下幾種1)循環(huán)寫和擦除檢測，即通過電壓控制對電阻隨機存取存儲器反復進行寫操作和擦除操作，獲得當所述電阻隨機存取存儲器所用可變電阻材料的阻值態(tài)跳變特性失效時，能夠進行多少次寫操作和擦除操作。2)保留檢測，即先在高溫下烘烤要檢測的電阻隨機存取存儲器樣品，烘烤后自然降溫，并對所述電阻隨機存取存儲器進行讀操作(兩電極間施加一小電壓，測量兩電極間電流)，獲得隨溫度降低，可變電阻材料的阻值維持時間的情況。3)讀干擾檢測，即反復對電阻隨機存取存儲器進行讀操作(兩電極間施加一小電壓，測量兩電極間的電流)，獲得隨著讀操作的次數(shù)增多，所述電阻隨機存取存儲器是否會發(fā)生阻值態(tài)跳變。4)溫度加速檢測，即從室溫，例如25t:起對電阻隨機存取存儲器陣列進行烘烤，，升溫至150°C。其中所述電阻隨機存取存儲器陣列可以為，例如64kb的金屬/絕緣體/金屬(MM，MetalInsulatorMetal)結(jié)構(gòu)的電阻隨機存取存儲器單元陣列，其中絕緣體部分采用Cu20。然后對所述陣列進行讀操作(兩電極間施加一小電壓，測量兩電極間電流)，獲得陣列中各個電阻隨機存取存儲器單元的電流隨溫度變化的情況，藉此觀察到較好的單元(陷阱較深)、較差的單元(陷阱較淺)。然而，通過對目前各種可變電阻材料，應用上述檢測方法后發(fā)現(xiàn)，上述各種檢測方法都不能夠準確描述可變電阻材料的阻值態(tài)變化與其內(nèi)部機制的聯(lián)系。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的是，現(xiàn)有技術(shù)檢測可變電阻材料的方法不夠準確的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種檢測可變電阻材料的方法，包括分別檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性和陷阱能級情況，所述檢測熱學穩(wěn)定性包括對可變電阻材料提供第一應力條件，使得所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變僅與熱效應相關(guān)；保持第一應力條件，分別測量在多個溫度下，所述可變電阻材料在單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)；根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性，所述檢測陷阱能級情況包括對所述可變電阻材料提供第二應力條件，使得所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變僅與電效應相關(guān)；保持第二應力條件，分別測量多個溫度下，所述可變電阻材料達至阻值態(tài)切換所需的時間；根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述所公開的檢測可變電阻材料的方法具有以下優(yōu)點通過分別研究由熱效應引起阻值態(tài)跳變的情況和由電效應引起阻值態(tài)跳變的情況，分別檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性和陷阱能級情況，從而獲得較為準確的可變電阻材料的檢測結(jié)果和特性描述。圖1是現(xiàn)有技術(shù)電阻隨機存取存儲器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a至圖2c是圖1所示電阻隨機存取存儲器施加電壓后阻值態(tài)變化示意圖3是圖1所示電阻隨機存取存儲器施加電壓后的電流_電壓曲線示意圖4是本發(fā)明檢測可變電阻材料的方法的一種實施方式圖5是圖4所示方法中可變電阻材料的一種阻值態(tài)跳變示意圖6是圖4所示方法中獲得第一應力條件的一種方法示意圖7圖5中1000-1200秒阻值態(tài)跳變示意圖；圖8a和圖8b是一些可變電阻材料單位時間內(nèi)跳變次數(shù)的對數(shù)值與相應溫度倒數(shù)的關(guān)系示意圖；圖9是傳導路徑的一種模型示意圖；圖10是圖4所示方法中另一種可變電阻材料的阻值態(tài)跳變示意圖；圖lla和圖lib是一些可變電阻材料達至阻值態(tài)切換的對數(shù)值與相應溫度倒數(shù)的關(guān)系示意圖；圖12是本發(fā)明檢測可變電阻材料的方法的另一種實施方式圖。具體實施例方式通過對現(xiàn)有可變電阻材料的檢測方法的研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)寫和擦除檢測僅獲得可變電阻材料的使用壽命，保留檢測獲得可變電阻材料維持阻值的能力，兩者都未考慮可變電阻的可靠性與材料本身特性的關(guān)系，因而不能夠準確地反映可變電阻的內(nèi)部特性。而溫度加速檢測也僅能適應一些特定的電阻隨機存取存儲器模型，例如僅適應電子或空穴的捕獲/脫離捕獲等電效應引起的阻值態(tài)跳變情況，且只對存儲器陣列適用。因而現(xiàn)有可變電阻材料的檢測方法的缺陷在于，有的未考慮到材料的可靠性與其本身特性的關(guān)系，而有的則僅僅考慮到電效應引起的阻值態(tài)跳變與可靠性的相關(guān)性。這些檢測方法都未綜合考慮可能引起阻值態(tài)跳變的兩種效應電效應以及熱效應。因而，本發(fā)明檢測可變電阻材料的方法的一種實施方式，參照圖4所示，包括步驟sl，對可變電阻材料提供第一應力條件，使得在第一溫度下，所述可變電阻材料處于第一狀態(tài)；步驟s2，保持第一應力條件，測量在多個高于第一溫度的溫度下，所述可變電阻材料在單位時間內(nèi)的相應阻值態(tài)跳變次數(shù)；步驟s3，根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性；步驟s4，對所述可變電阻材料提供第二應力條件，使得在第二溫度下，所述可變電阻材料發(fā)生阻值態(tài)跳變；步驟s5，保持第二應力條件，測量在多個高于第二溫度的溫度下，所述可變電阻材料相應達至阻值態(tài)切換所需的時間；步驟s6，根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況。在上述實施方式中，分別從熱學穩(wěn)定性以及陷阱能級情況兩方面對可變電阻材料進行檢測。對于熱學穩(wěn)定性，首先獲得，在第一溫度下使得電阻隨機存取存儲器中的可變電阻材料的阻值態(tài)處于第一狀態(tài)的第一應力條件。即，所述電阻隨機存取存儲器中的可變電阻材料的阻值態(tài)跳變與施加于所述電阻隨機存取存儲器中的可變電阻材料上的第一應力條件無關(guān)，而僅與所處溫度有關(guān)。也就是說，在該第一應力條件下，阻值態(tài)跳變僅由熱效應引起。對電阻隨機存取存儲器而言，為保證其在工作環(huán)境下的數(shù)據(jù)準確，其使用的可變電阻材料在不同溫度下應具有較好的熱學穩(wěn)定性，即在單位時間內(nèi)，所述電阻隨機存取存儲器所用可變電阻材料的阻值態(tài)跳變的次數(shù)應盡量少。因而，本實施方式中，以在多個高于第一溫度的溫度下，電阻隨機存取存儲器施加第一應力條件時，單位時間內(nèi)的所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變次數(shù)作為評估所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性的指標。由于熱效應可以激活能表征。而所述單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值與所述激活能呈正比，因而以所述單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值來檢測所述隨機存取存儲器所用可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性。另一方面，對于陷阱能級情況，首先對所述電阻隨機存取存儲器中的可變電阻材料提供第二應力條件，使得在第二溫度下，所述電阻隨機存取存儲器中的可變電阻材料發(fā)生阻值態(tài)跳變。對電阻隨機存取存儲器而言，當其中的可變電阻材料在某一溫度和應力條件下，經(jīng)過一段時間后，發(fā)生阻值態(tài)切換，例如高阻至低阻，或低阻至高阻。那么該可變電阻在相同應力條件下，在其他溫度下達至阻值態(tài)切換的時間，也應具有相對單一的情況，即所述可變電阻在一定應力條件下完成阻值態(tài)切換后，應能夠維持該阻值態(tài)，而非隨著溫度變化，該可變電阻又出現(xiàn)阻值態(tài)切換的情況。因而，本實施方式中，測量在第二應力條件下，高于第二溫度的溫度下，所述可變電阻材料相應達至阻值態(tài)切換所需的時間。由于達至阻值態(tài)切換與所述電阻隨機存取存儲器所用可變電阻材料的陷阱能級相關(guān)，而達至阻值態(tài)切換的時間的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值與所述陷阱能級呈正比，因而以達至阻值態(tài)切換的時間的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值來檢測所述隨機存取存儲器所用可變電阻材料的陷阱能級情況。下面通過一個詳細的檢測可變電阻材料的例子對上述實施方式中各步驟進一步說明。如上所述，為獲得僅由熱效應引起的阻值態(tài)跳變，首先如步驟sl所述，對可變電阻材料提供第一應力條件，使得在第一溫度下，所述可變電阻材料處于第一狀態(tài)。其中所述第一應力條件可以為第一電壓或第一電流。而所述第一狀態(tài)可以指所述可變電阻材料在第一應力條件下、第一溫度下，其阻值態(tài)不發(fā)生跳變，也可以指其阻值態(tài)發(fā)生的跳變較小或阻值態(tài)跳變的次數(shù)較少，也可以指其阻值態(tài)發(fā)生的跳變較大或阻值態(tài)跳變的次數(shù)較多，但仍可作為研究基礎(chǔ)的情況。繼續(xù)參照圖1所示，以所述電阻隨機存取存儲器的下電極11、氧化物層12以及上電極13分別為Cu、Cux0以及TiN為例，參照圖5所示，發(fā)現(xiàn)當對處于低阻態(tài)的所述Cu/Cux0/TiN結(jié)構(gòu)的電阻隨機存取存儲器施加-4毫安(mA)的電流時，其在室溫下的阻值態(tài)(例如圖5中曲線a，所述室溫可以為例如25°C)，在施加電流的時間內(nèi)(圖5中所示的0至2000秒)幾乎不發(fā)生跳變，也即其傳導路徑維持導通的穩(wěn)定狀態(tài)。而在高于室溫的溫度下(例如圖5中曲線b，所述高于室溫的溫度可以為例如80°C)，其在同樣的時間內(nèi)(0至2000秒)發(fā)生了多次的阻值態(tài)跳變。因而，可以認為在第一電流為-4毫安時，所述電阻隨機存取存儲器的阻值態(tài)跳變僅與溫度有關(guān)。也就是說，在該第一電流下，所述阻值態(tài)跳變僅由熱效應引起。而所述第一應力條件可通過下述方法獲得，參照圖6所示，包括步驟s11，計算所述可變電阻材料在第一溫度下所獲得的第一焦耳熱，例如計算上述舉例說明中Cu,0在25t:下獲得的焦耳熱。步驟sl2，計算所述可變電阻材料在預設(shè)應力條件下所產(chǎn)生的第二焦耳熱，例如計算CuxO在-4毫安下所產(chǎn)生的焦耳熱。步驟sl3，計算所述第一焦耳熱與所述第二焦耳熱的比值，若所述第一焦耳熱與所述第二焦耳熱的比值與第一狀態(tài)對應，則執(zhí)行步驟sl4，若所述第一焦耳熱與所述第二焦耳熱的比值與第一狀態(tài)不對應，則執(zhí)行步驟s15。在前述所定義的第一狀態(tài)下，所述可變電阻材料在溫度下獲得的焦耳熱與在合適的應力條件下獲得的焦耳熱有一固定比值，一般來說該固定比值遠大于l，即應力條件下獲得的焦耳熱相對于溫度下獲得焦耳熱可以忽略不計。所述與第一狀態(tài)對應是指，計算得到的比值大于或等于該固定比值符合。而與第一狀態(tài)不對應是指，計算得到的比值小于該固定比值。步驟sl4，以預設(shè)應力條件作為第一應力條件。例如，若CUxO在25t:下獲得的焦耳熱與在_4毫安下所產(chǎn)生的焦耳熱的比值，與第一狀態(tài)對應，則在這種情況下，可認為_4毫安為合適的應力條件，可將-4毫安作為第一應力條件。步驟sl5，重新設(shè)置預設(shè)應力條件，并返回步驟s12。例如，若Ci^0在25t:下獲得的焦耳熱與在-4毫安下所產(chǎn)生的焦耳熱的比值，與第一狀態(tài)不對應，則這種情況下，可認為-4毫安不是合適的應力條件，需選取其他需要重新選取合適的電流值。一般來說，基于前述的與第一狀態(tài)不對應是指計算得到的比值小于該固定比值，則重新選取的電流值應小于_4毫安，例如_3毫安、-2毫安等。在獲得使可變電阻材料處于第一狀態(tài)的第一應力條件后，如步驟s2所述，保持第一應力條件，測量在多個高于第一溫度的溫度下，所述可變電阻材料在單位時間內(nèi)的相應阻值態(tài)跳變次數(shù)。例如，參照圖7所示，在施加-4毫安電流的1000秒至1200秒之間，所述電阻隨機存取存儲器在8(TC下(見圖7中曲線b)，發(fā)生了ll次阻值態(tài)跳變。同樣地，繼續(xù)參照圖5所示，可獲得在2000秒的時間內(nèi)，所述電阻隨機存取存儲器的總的阻值態(tài)跳變次數(shù)，并除以2000秒，以獲得單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)。此處為了描述方便，將所述單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)以Navg表示。當獲得了單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)后，如步驟s3所述，根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性。例如以所測量的單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性。如前所述的，熱效應可以激活能表征，根據(jù)Arrhenius公式，所述單位時間內(nèi)的阻8值態(tài)跳變次數(shù)Navge鄧(_Ea/kT)，即單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)正比于e鄧(_Ea/kT)，其中Ea是激活能，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為在第一應力條件下，測量到所述單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)時，所述電阻隨機存取存儲器所處的溫度，以開爾文(K)為單位。參照圖8a和圖8b所示，以單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)Navg的對數(shù)值Log(Navg)為縱坐標，溫度T的倒數(shù)1/T為橫坐標，獲得在不同溫度T下，一些可變電阻材料的阻值態(tài)跳變情況。從圖8a中可以看到，Log(N^)與1/T的比值基本為一定值(slope2.3Ea/k)，反映了所述可變電阻材料在較高溫度下的阻值態(tài)跳變次數(shù)，與其在較低溫度下的阻值態(tài)跳變次數(shù)基本遵循同一規(guī)律，因而說明該種阻值態(tài)變化僅由一種內(nèi)部激活能機制決定。而從圖8b中可以看到，Log(U與1/T的比值不固定，有兩條擬合直線(slope2.3Ea/k;slope2.3Eb/k)，反映了該種阻值態(tài)變化有兩種內(nèi)部激活能機制在起作用。從而，根據(jù)單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值就可對所述電阻隨機存取存儲器所用可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性進行檢測。此外，在進一步的研究中發(fā)現(xiàn)，上述阻值態(tài)跳變次數(shù)還與所述電阻隨機存取存儲器所用可變電阻，在施加電壓后所形成的傳導路徑有關(guān)。由于傳導路徑會有多個分段或分支，其分段或分支的個數(shù)其實與所述阻值態(tài)跳變的種類相關(guān)，例如傳導路徑有n個分段或分支，則阻值態(tài)跳變種類為2n。此處需要說明的是，阻值態(tài)跳變的種類是指傳導路徑出現(xiàn)各種狀態(tài)時對應的阻值種類，其并不等同于阻值態(tài)跳變的次數(shù)，但表示了阻值態(tài)跳變可能的所有形式。可能存在的情況是多個阻值態(tài)的種類對應于同一阻值。下面以一最簡單的5分段傳導路徑模型為例，對此進行進一步說明。圖9所示為上述的5分段傳導路徑模型示意圖。其中，用電阻1和電阻2來表示所述傳導路徑與電阻隨機存取存儲器的上電極相連的電阻，用電阻4和電阻5來表示所述傳導路徑與電阻隨機存取存儲器的下電極相連的電阻，用電阻3表示傳導路徑中位于上下電極之間的電阻。對所述傳導路徑模型可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)進行模擬來得到相應的總電阻值，所述模擬傳導路徑出現(xiàn)的各種狀態(tài)即指，在例如前述的-4毫安、8(TC的條件下，所述電阻隨機存取存儲器的可變電阻中的傳導路徑在1000秒至1200秒之間，可能出現(xiàn)的各種變化情況。為描述方便，將電阻導通標記為"l"，電阻不導通標記為"0"。例如，當傳導路徑形成，處于低阻態(tài)時，該模型上電阻l-5的狀態(tài)為lllll，其相應阻值為15.00歐姆；而當傳導路徑斷裂，處于高阻態(tài)時，該模型上電阻1-5的狀態(tài)為0000，其相應阻值為150.00歐姆，具體各狀態(tài)及相應阻值參照表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表1對于表1中各狀態(tài)對應的阻值進行統(tǒng)計可得，該傳導路徑模型的各狀態(tài)對應的阻值共有11種，分別為15.00、18.07、21.14、48.75、51.82、82.50、85.57、88.64、116.25、119.32和150.00。也就是說，在前述的-4毫安、8(TC的條件下，在1000秒至1200秒之間，與傳導路徑的狀態(tài)變化相應的阻值態(tài)有11種。繼續(xù)參照圖7所示，在所述的-4毫安、8(TC的條件下，所述可變電阻的阻值態(tài)跳變次數(shù)為11次。因此，證實了前述的單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)與可變電阻材料本身所形成的傳導路徑有關(guān)。如上所述，為獲得由電效應引起的可變電阻材料的阻值態(tài)跳變，如步驟s4所述，對所述可變電阻材料提供第二應力條件，使得在第二溫度下，所述可變電阻材料發(fā)生阻值態(tài)跳變。繼續(xù)參照圖1所示，以所述電阻隨機存取存儲器的下電極11、氧化物層12以及上電極13分別為Cu、Cux0以及TaN/Ta為例，參照圖10所示，發(fā)現(xiàn)在一定溫度下對所述結(jié)構(gòu)的電阻隨機存取存儲器施加-1納安(nA)的電流，該電阻隨機存取存儲器的阻值態(tài)(圖10中曲線c，所述一定溫度可以為例如例如150°C)跳變的次數(shù)很少，而在相同溫度下，對所述結(jié)構(gòu)的電阻隨機存取存儲器施加500納安的電流，其阻值態(tài)(圖10中曲線d)在幾乎相同的時間內(nèi)，出現(xiàn)了阻值態(tài)切換(從低阻態(tài)跳變到高阻態(tài))的情況?？傻玫?，在該溫度下，施加于電阻隨機存取存儲器上的電流為-1納安時，所產(chǎn)生的焦耳熱不致引起阻值態(tài)的跳變。也就是說，在該溫度下，所述阻值態(tài)跳變由電效應引起。接下來，如步驟s5所述，保持第二應力條件，測量在多個高于第二溫度的溫度下，所述可變電阻材料相應達至阻值態(tài)切換所需的時間。例如，保持500納安的電流不變，測量所述Cu/Ci^O/TaN結(jié)構(gòu)在其他幾個溫度下，達至阻值態(tài)切換所需的時間。然后，如步驟s6所述，根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況。由于達至阻值態(tài)切換與所述電阻隨機存取存儲器所用可變電阻材料的陷阱能級相關(guān)，而時間te鄧(AE/kT)，即時間正比于e鄧(AE/kT)，其中AE是陷阱能級深度，k是玻爾茲曼常數(shù)，T為獲得所述阻值態(tài)切換時間時，所述電阻隨機存取存儲器所處溫度，以開爾文(K)為單位。參照圖1la和1lb所示，以時間t的對數(shù)值Log(t)為縱坐標，溫度T的倒數(shù)1/T為橫坐標，獲得在不同溫度T下，一些可變電阻材料達至阻值態(tài)切換的時間(time-to-failure)情況。從圖lla中可以看到，Log(t)與1/T的比值基本為一定值，只有一條擬合直線(slope2.3AE/k)，反映了所述可變電阻材料達至阻值態(tài)切換的能級為單能級。即所述可變電阻材料中所有陷阱的能級深度一致，當由電流獲得的能量超過一固定能量后，所有陷阱都會出現(xiàn)脫離陷阱捕獲的情況。而從圖llb可以看到，Log(t)與1/T的比值不固定，有兩條不同斜率的擬合直線(slope2.3AEa/k;slope2.3AEb/k)，反映了所述可變電阻材料達至阻值態(tài)切換的能級為多能級。即所述可變電阻材料中所有陷阱的能級深度不一致，當隨著電流獲得的能量的增加，可能會有不同的陷阱出現(xiàn)脫離陷阱捕獲的情況。從而，根據(jù)達至阻值態(tài)切換的時間的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的比值就可對所述電阻隨機存取存儲器中所用可變電阻材料的陷阱能級情況進行檢測。最后，可以根據(jù)所檢測到的可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性和陷阱能級情況評估其性能。例如，若所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性較好，且陷阱能級為單能級，則其可作為制作電阻隨機存取存儲器的較好選擇。當然，若所述可變電阻材料的陷阱能級為多能級，且各能級具有相對應的清晰的阻值態(tài)范圍，則所述可變電阻材料也作為一個較好的選擇。此外，從上述舉例說明中可以看到，先進行熱學穩(wěn)定性的檢測或先進行陷阱能級情況的檢測并不會影響可靠性檢測結(jié)果。因而，本發(fā)明可變電阻材料的可靠性檢測方法的另一種實施方式參照圖12所示，包括步驟slOO，對可變電阻材料提供第二應力條件，使得在第二溫度下，所述可變電阻材料發(fā)生阻值態(tài)跳變；步驟s200，保持第二應力條件，測量在多個高于第二溫度的溫度下，所述可變電阻材料相應達至阻值態(tài)切換所需的時間；步驟s300，根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況；步驟s400，對可變電阻材料提供第一應力條件，使得在第一溫度下，所述可變電阻材料處于第一狀態(tài)；步驟s500，保持第一應力條件，測量在多個高于第一溫度的溫度下，所述可變電阻材料在單位時間內(nèi)的相應阻值態(tài)跳變次數(shù)；步驟s600，根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性。11本實施方式中所有步驟均可參照前述舉例中相應步驟的說明。從上述檢測可變電阻材料的舉例說明中可以推得，若將所施加的第一電流、第二電流相應變換成第一電壓、第二電壓，應也能取得相同效果。并且，還可得到，上述兩種檢測可變電阻材料的實施方式可以應用于單個的具有可變電阻材料的電阻隨機存取存儲器單元中，也可應用于由所述電阻隨機存取存儲器組成的存儲器陣列中，不同位置的電阻隨機存取存儲器單元的研究及制程均勻性分析。另外，由上述對檢測可變電阻材料的方法的舉例說明可以看到，所述檢測可變電阻材料的方法還可應用于兩端式電阻的穩(wěn)定性檢測以及失效檢測。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。權(quán)利要求一種檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，包括分別檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性和陷阱能級情況，所述檢測熱學穩(wěn)定性包括對可變電阻材料提供第一應力條件，使得所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變僅與熱效應相關(guān)；保持第一應力條件，分別測量在多個溫度下，所述可變電阻材料在單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)；根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性，所述檢測陷阱能級情況包括對所述可變電阻材料提供第二應力條件，使得所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變僅與電效應相關(guān)；保持第二應力條件，分別測量多個溫度下，所述可變電阻材料達至阻值態(tài)切換所需的時間；根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況。2.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，對可變電阻材料提供第一應力條件包括在第一溫度下，對所述可變電阻材料提供第一應力條件，使得所述可變電阻材料處于第一狀態(tài)。3.如權(quán)利要求2所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，所述第一應力條件通過下述方法獲得計算所述可變電阻材料在第一溫度下所獲得的第一焦耳熱；計算所述可變電阻材料在預設(shè)應力條件下所產(chǎn)生的第二焦耳熱；若所述第一焦耳熱與所述第二焦耳熱的比值與第一狀態(tài)對應，則以預設(shè)應力條件作為第一應力條件。4.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，所述第一應力條件為施加于所述可變電阻材料上的第一電壓或第一電流。5.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，所述第一溫度為室溫。6.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性，包括獲得所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)與相應溫度的關(guān)系；根據(jù)所獲得的單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)與相應溫度的關(guān)系，獲得所述可變電阻材料中激活能的種類；根據(jù)所獲得可變電阻材料中激活能的種類，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性。7.如權(quán)利要求6所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，獲得所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)與相應溫度的關(guān)系，包括形成所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的關(guān)系曲線；以及，根據(jù)所獲得的單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)與相應溫度的關(guān)系，獲得所述可變電阻材料中激活能的種類，包括以所述關(guān)系曲線的斜率值的情況，獲得所述可變電阻材料中激活能的種類。8.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，所述第二應力條件為施加于所述可變電阻材料上的第二電壓或第二電流。9.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況，包括獲得所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間與相應溫度關(guān)系；根據(jù)所獲得達至阻值態(tài)切換所需的時間與相應溫度關(guān)系，獲得所述可變電阻材料中陷阱能級的個數(shù)；根據(jù)所獲得所述可變電阻材料中陷阱能級的個數(shù)，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況。10.如權(quán)利要求1所述的檢測可變電阻材料的方法，其特征在于，獲得所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間與相應溫度關(guān)系，包括形成所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間的對數(shù)值與相應溫度的倒數(shù)的關(guān)系曲線；以及，根據(jù)所獲得達至阻值態(tài)切換所需的時間與相應溫度關(guān)系，獲得所述可變電阻材料中陷阱能級的個數(shù)，包括以所述關(guān)系曲線的斜率值的情況，獲得所述可變電阻材料中陷阱能級的個數(shù)。全文摘要一種檢測檢測可變電阻材料的方法，包括，對可變電阻材料提供第一應力條件，使得所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變僅與熱效應相關(guān)；保持第一應力條件，分別測量在多個溫度下，所述可變電阻材料在單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)；根據(jù)所測量的多個單位時間內(nèi)的阻值態(tài)跳變次數(shù)，檢測所述可變電阻材料的熱學穩(wěn)定性；對所述可變電阻材料提供第二應力條件，使得所述可變電阻材料的阻值態(tài)跳變僅與電效應相關(guān)；保持第二應力條件，分別測量多個溫度下，所述可變電阻材料達至阻值態(tài)切換所需的時間；根據(jù)所測量的多個達至阻值態(tài)切換所需的時間，檢測所述可變電阻材料的陷阱能級情況。以獲得較為準確的檢測結(jié)果和特性描述。文檔編號G01N27/14GK101738419SQ200810203219公開日2010年6月16日申請日期2008年11月21日優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日發(fā)明者吳金剛,季明華,宋立軍,黃曉輝申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司