RRAM에 대하여 - 2 특성 (3) Retention, Endurance

- Retention test

RRAM은 비휘발성(Non-volatile) 메모리로 Long-term-memory(LTM)으로 사용됩니다(같은 말이긴 하네요). 그러면 소자를 set 시킨 뒤 LRS(low-resist-state) 상태를 유지해야 합니다. 그래서 set 시킨 뒤 소자의 저항을 모니터링하는 test를 하는데, 이를 retention test라고 합니다. Test result는 x축이 시간, y축이 저항(or conductance or current)을 plot 합니다. 물론 같은 read voltage에서 측정해야 하고, 소자에 영향을 주지 않을 만큼 낮은 전압이어야 합니다.(저는 0.1V에서 측정했습니다)

 

Retention test resut (좌) STM 소자 (우) LTM 소자

 

위 그래프를 보시면 STM(short term memory)와 LTM의 retention test 결과를 비교할 수 있는데요, 확실히 STM은 set 된 후 금방 초기 상태의 저항으로 돌아오지만 LTM은 set 된 후 그 저항 수준을 계속 유지하는 것을 확인할 수 있습니다. 이 test는 온도를 가변 하며 측정을 하는데요, 주로 측정하는 온도 환경이 몇 도인지 까먹어서 혹시나 아시는 분이 있으시다면 댓글로 알려주시면 감사드리겠습니다.(85도인 것 같은데 기억이 가물가물하네여;;)

 

- Endurance test

소자를 실제 환경에서 작동시킬 때는 한 번만 작동시키는 것이 아니라 여러 번 반복해서 소자를 작동시킵니다. 그래서 같은 측정 조건으로 반복해서 test를 하고 그 결과가 매번 일치해야 하는데, 이를 endurance test라고 합니다. DC sweep, PD test 모두 endurance test 가능하며 대부분 100, 1000 cycle 정도 test를 돌립니다. 조건을 설정하고 밤새, 아니면 며칠 동안 test를 걸어놓습니다.

 

Endurance test result (좌) DC sweep 100 cycles (우) PD test

 

DC sweep endurance test는 100 cycle을 돌려서 겹친 것입니다. DC sweep은 계속 측정해도 결과가 달라지지 않지만, PD test의 경우 점점 결과가 달라지는 것이 보이시나요?? Test 결과가 계속 일치해야 좋은 소자인 것입니다.

 

- 그 외

1. variation

높은 수율을 위해 variation은 작아야 합니다. Cycle-to-Cycle variation(C2C)과 Device-to-Device variation(D2D)을 확인해 소자의 수율을 확인합니다.

 

2. STDP(Spike-timing-dependent plasticity)

마지막으로 STDP test result가 필요합니다. 이 test는 소자의 성능을 측정한다기보다 측정 결과가 일반적인 STDP의 추세를 따른다는 것으로 마무리하는 걸로 기억하는데 잘 기억이 안 나네요;;;; 기회가 된다면 관련 글을 따로 정리해 보도록 하겠습니다.