【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及相变存储器件的编程，具体涉及一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置与方法。
技术介绍
1、网络、通信技术以及大数据、人工智能等技术的快速发展对数据存储提出了极高要求，传统冯·诺依曼体系的“存算分离”架构在数据处理过程中需从存储介质中频繁进行数据写入与调出，运算速率逐渐难以满足需求。近年来，学界与业界正致力于发展第三类存储技术，即“非易失存储”，以期在同一单元中实现数据的快速读写与稳定存储。其中以英特尔傲腾芯片为代表的相变存储技术已实现商业化，是最为成熟的非易失存储技术之一。
2、相变存储技术是利用相变材料非晶相与晶体相之间的快速可逆相变与巨大电阻差异实现逻辑值“0”(reset态)和“1”(set态)的切换，进行数据的擦除与写入。set与reset态之间具有超过1000倍的巨大电阻窗口，能够通过逐步相变的编程方式在同一存储单元中获得多个可识别电阻值，从而突破二进制存储，实现“多值存储”技术与“存算一体”技术。逐步相变编程通常包括累积写入(cumulative set)和迭代擦除(iterative reset)两种方式，前者通过加载一系列脉宽与幅值一定的电学脉冲控制器件单元中的相变材料发生逐步结晶化，后者则是通过加载一系列脉宽一定、幅值逐渐增大的电学脉冲控制器件单元中的相变材料发生逐步非晶化。两者均是通过调控脉冲参数来改变器件单元中相变材料的晶体与非晶体积比例，从而实现电阻值的连续变化。
3、对于存算一体技术，器件阵列中单个器件单元理想的编程方式要求其在set与reset逐步切换过程中保持线
技术实现思路
1、为了克服以上现有技术存在的缺陷，本专利技术提出一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置与方法，通过激光精准定位、定量化编程切换区域的方式实现了set与reset逐步切换过程中晶体与非晶体积比例的定量控制，实现了相变存储器件切换电阻值的线性连续与对称变化。此外，本专利技术装置还耦合了冷热温控系统与时间控制系统，能够在切换过程中实现温度调控，并实时记录器件单元随时间变化的电学响应。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，包括泵浦激光系统、电学测试系统、冷热温控系统以及控制监测软件；
4、所述泵浦激光系统、电学测试系统、冷热温控系统以及控制监测软件协同运行，在控制监测软件的统一协调下，泵浦激光系统发射指定参数的激光脉冲，与位移平台协同，指定激光照射区域与路径下实现相变存储材料的逐步结晶化(set逐步切换)切换或实现逐步非晶化切换(reset逐步切换)；
5、器件为reset态时，此时使用器件中的相变存储薄膜为非晶相，使用指定参数的激光脉冲照射薄膜的指定区域使其发生逐步结晶化，即为set逐步切换；器件为set态时，此时使用器件中的相变存储薄膜为晶体相，使用指定参数的激光脉冲照射薄膜的指定区域使其发生逐步非晶化，即为reset逐步切换；上述两种操作可随时相互变换；
6、与此同时冷热温控系统在一定升温速率下达到指定环境温度，并进行一定时长的保温，电学测试系统实时记录相变存储器件在指定测试时长下的电学响应，从而实现相变存储器件在特定环境下的“光控电测”编程操作。
7、所述泵浦激光系统用于调控激光脉冲的束斑尺寸、功率、脉宽参数，以及为相变区域提供光源并实时获取微观图像；
8、所述电学测试系统用于实时监测相变存储器件的电学信号响应；
9、所述冷热温控系统用于精准控制测试期间的环境温度以及温度变化与保温时间参数；
10、所述控制监测软件用于集成整个编程装置中所有可编辑的控制参数，包括激光脉冲参数、电学测试参数、位移平台参数与温度控制参数。
11、所述泵浦激光系统包括激光控制及聚焦模块、照明模块、相机模块；激光控制及聚焦模块用于发射激光脉冲以及调控脉冲参数和激光束斑尺寸；照明模块用于为相变存储器件提供可见光源，照射方向与激光照射方向一致，并与相机模块配合实时监测相变区域的显微图像。
12、所述激光控制及聚焦模块包括信号发生器、激光控制器，激光经激光器发出后依次经过设置的保偏单模光纤、激光准直器、光路校准单元、扩束单元、二向色镜、物镜；
13、所述信号发生器与激光控制器的输出端分别连接激光器的输入端，其中，信号发生器用于调控激光脉冲的波形、脉宽、幅值参数；激光控制器用于控制激光的开启与关闭；激光器用于产生特定波段的激光束；
14、所述保偏单模光纤用于连接激光器与激光准直器，其中保偏单模光纤用于低损耗激光传输；激光准直器用于将保偏单模光纤传输的激光转换为准直空间光；
15、所述激光准直器输出的激光束将依次通过相互连接的光路校准单元、扩束单元、二向色镜与物镜；其中，光路校准单元用于调节激光方向，确保激光最终垂直入射至样品表面；扩束单元采用双凸透镜成像，用于调整入射至物镜前的激光束斑尺寸；二向色镜用于将从扩束单元传输出的超过约85％的激光反射至物镜，物镜用于将激光束最终聚焦至相变存储器件中；照明模块包括经led光源出发依次设置的第四凸透镜、分束镜、二向色镜、物镜；
16、其中led光源提供led照明光，用于给样品显微观察提供照明光源，从led光源输出的照明点光源首先传输至凸透镜中，用于将照明点光源发散为平行光，分束镜位于凸透镜与二向色镜之间，其中分束镜一方面将平行光反射至二向色镜中，另一方向将从相变存储器件产生的反射光透射至相机；二向色镜允许照明光透射至物镜，物镜用于将照明平行光聚焦至相变存储器件；
17、相机模块包括经相变存储器件反射光出发依次设置的物镜、二向色镜、分束镜、第三凸透镜、cmos相机。
18、所述电学测试系统包括源表与探针，其中，源表为相变存储器件提供电压和电流测量源，测试记录激光编程前后相变存储器件的电学响应信号(包括但不限于电阻值、电流值等)，探针用于连接样品与源表，电学测试系统可实时测量相变存储器件的电学响应，也可与时间参量耦合，测试激光编程前后的相变存储器件在一定时间范围内的电学响应。
19、所述冷热温控系统包括温度控制器与温控探针台，其中，温度控制器用于精确调控编程的环境温度，设置恒定温度进行测试或实时变温进行测试；
20、温控探针台用于连接测试探针进行电学响应测试，并与温度控制器连接进行测试环境的温度调控与变温速率调控，高温环境可通过加热器实现，低温环境可借助液氮或液氦实现，探针台同时可根据测试环境需求通入不同的气体氛围，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，包括泵浦激光系统、电学测试系统、冷热温控系统以及控制监测软件；
2.根据权利要求1所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述泵浦激光系统用于调控激光脉冲的束斑尺寸、功率、脉宽参数，以及为相变区域提供光源并实时获取微观图像；
3.根据权利要求1所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述泵浦激光系统包括激光控制及聚焦模块、照明模块、相机模块；激光控制及聚焦模块用于发射激光脉冲以及调控脉冲参数和激光束斑尺寸；照明模块用于为相变存储器件(15)提供可见光源，照射方向与激光照射方向一致，并与相机模块配合实时监测相变区域的显微图像。
4.根据权利要求3所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述激光控制及聚焦模块包括信号发生器(1)、激光控制器(2)，激光经激光器(3)发出后依次经过设置的保偏单模光纤(4)、激光准直器(5)、光路校准单元(6)、扩束单元(7)、二向色镜(13)、物镜(14)；
5.根据权利要求4所述的一种光电温时耦
6.根据权利要求5所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述控制监测软件包括激光器控制模块、信号发生器控制模块、位移平台控制模块、温控探针台控制模块、电学性能监测模块、相机监测模块；
7.根据权利要求6所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程方法，通过激光控制及聚焦模块、位移平台控制模块、温控探针台控制模块、电学性能监测模块等重要部件耦合了光、电、温度及时间四种参量；
8.根据权利要求7所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程方法，所述激光控制及聚焦模块中，保偏单模光纤(4)、激光器(3)、激光准直器(5)、光路校准单元(6)、扩束单元(7)、二向色镜(13)与物镜(14)的调制直接作用于相变存储器件(15)中的相变材料，通过使用上述编程装置中的泵浦激光系统调控激光的束斑尺寸与照射区域，利用激光在照射相变材料时激发的焦耳热诱导材料发生结晶化或非晶化相变，从而定量化编程器件单元中晶体与非晶的体积比例，上述操作涉及参数如下：
...【技术特征摘要】
1.一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，包括泵浦激光系统、电学测试系统、冷热温控系统以及控制监测软件；
2.根据权利要求1所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述泵浦激光系统用于调控激光脉冲的束斑尺寸、功率、脉宽参数，以及为相变区域提供光源并实时获取微观图像；
3.根据权利要求1所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述泵浦激光系统包括激光控制及聚焦模块、照明模块、相机模块；激光控制及聚焦模块用于发射激光脉冲以及调控脉冲参数和激光束斑尺寸；照明模块用于为相变存储器件(15)提供可见光源，照射方向与激光照射方向一致，并与相机模块配合实时监测相变区域的显微图像。
4.根据权利要求3所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述激光控制及聚焦模块包括信号发生器(1)、激光控制器(2)，激光经激光器(3)发出后依次经过设置的保偏单模光纤(4)、激光准直器(5)、光路校准单元(6)、扩束单元(7)、二向色镜(13)、物镜(14)；
5.根据权利要求4所述的一种光电温时耦合的相变存储器件编程装置，其特征在于，所述电学测试系统包括源表(20)与探针(16)，其中，源表(20)为相变存储器件(15)提供电压和电流...
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