GB/T 46567.1-2025 智能计算 忆阻器测试方法 第1部分：基础特性

　　ICS 31. 080.99 CCS L 40

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46567. 1—2025

　　智能计算 忆阻器测试方法

　　第 1 部分:基础特性

　　Intelligentcomputing—Testmethod formemristor—

　　Part1:Basiccharacteristics

　　2025-10-31发布 2025-10-31实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 46567. 1—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 待测器件 3

　　5 测试装置与环境条件 3

　　5. 1 测试装置 3

　　5. 2 测试环境条件 5

　　6 测试方法 5

　　6. 1 读 5

　　6. 2 电预处理 6

　　6. 3 增强 7

　　6. 4 抑制 8

　　7 测试报告 8

　　附录 A (资料性) 测试报告模板 10

　　Ⅰ

　　GB/T 46567. 1—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件是 GB/T 46567《智能计算 忆阻器测试方法》的第 1 部分 。GB/T 46567 已经发布了以下部分 :

　　— 第 1部分 :基础特性 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国智能计算标准化工作组(SAC/SWG 32)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 :之江实验室 、浙江大学 、上海复旦微电子集团股份有限公司 、中移(杭州)信息技术有限公司 、中国计量大学 、复旦大学 、中国电子科技集团公司第十三研究所 、中国科学院微电子研究所 、河北大学 、东北师范大学 、国防科技大学 、中国信息通信研究院 、浪潮电子信息产业股份有限公司 、华中科技大学 、太原理工大学 、宁波时识科技有限公司 、中国科学院半导体研究所 、杭州国磊半导体设备有限公司 、山西太行实验室有限公司 、天翼云科技有限公司 、浙江大华技术股份有限公司 、北京京瀚禹电子工程技术有限公司 、北京万界数据科技有限责任公司 、超聚变数字技术有限公司 、北京云之印科技有限公司 、浙江省物联网产业协会 、中国通信工业协会 。

　　本文件主要起草人 : 时拓 、王忠新 、刘津畅 、何水兵 、李磊 、刘山佳 、王明 、钟鑫 、施阁 、吴逊 、许晓欣 、闫小兵 、王中强 、李莹 、黄伟 、王义楠 、张丽静 、王斌强 、李祎 、刘琦 、孙文绚 、徐海阳 、杨彪 、张乾 、李清江 、张九六 、张宏巍 、杨明 、黄旭辉 、武晨希 、于双铭 、孔维生 、李鹏飞 、黄唯静 、王小鹏 、黄涛 、刘海连 、罗联上 、陈永祥 。

　　Ⅲ

　　GB/T 46567. 1—2025

　　引 言

　　忆阻器的阻值状态由外加激励历史决定 ,具备非易失性记忆功能 ,是实现高密度 、低功耗 、快速数据存储的理想器件 ,为发展高能效存算一体系统提供了切实可行的解决方案 。 同时 ,忆阻器可模拟生物突触行为 ,适用于深度神经网络(DNNs) 和脉冲神经网络(SNNs) 中突触功能的实现 , 为神经形态计算领域的发展奠定了基础 。

　　在神经形态计算等前沿应用场景中 ,忆阻器的性能指标直接影响系统的整体效能 。其关键性能包括基础特性(如读 、电预处理 、增强与抑制等)和线性度 、脉冲依赖可塑性 、非对称性等 。然而 , 当前行业内缺乏统一的测试方法标准 ,导致不同单位间的性能评估结果缺乏可比性 ,制约了技术的规范化发展 。为解决这一问题 ,亟需建立科学 、系统的测试规范 , 以保障忆阻器性能评估的客观性与一致性 。

　　为响应产业需 求 并 推 动 技 术 标 准 化 , GB/T 46567《智 能 计 算 忆 阻 器 测 试 方 法》拟 由 四 个 部 分构成 。

　　— 第 1部分 :基础特性 。 目 的 在 于 描 述 忆 阻 器 的 读 、电 预 处 理 、增 强 和 抑 制 等 基 础 特 性 的 测 试方法 。

　　— 第 2部分 :线性度 。 目的在于描述忆阻器线性度的测试方法 。

　　— 第 3部分 :脉冲依赖可塑性 。 目的在于描述忆阻器脉冲依赖可塑性的测试方法 。

　　— 第 4部分 :非对称性 。 目的在于描述忆阻器非对称性的测试方法 。

　　Ⅳ

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　　智能计算 忆阻器测试方法

　　第 1 部分:基础特性

　　1 范围

　　本文件规定了忆阻器测试装置与环境条件要求 ,描述了忆阻器读 、电预处理 、增强和抑制等基础特性的测试方法 ,并规定了测试报告要求 。

　　本文件适用于两端型双极性忆阻器的读 、电预处理 、增强和抑制等基础特性的测试 。

　　2 规范性引用文件

　　本文件没有规范性引用文件 。

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　忆阻器 memristor

　　一种能够通过电阻值的变化记忆流经电荷量或磁通量的非线性电子元件 。

　　3.2

　　突触前电压 pre-synapticvoltage

　　Vpre

　　施加在忆阻器突触前神经元的电压 。

　　3.3

　　突触后电压 post-synapticvoltage

　　Vpost

　　施加在忆阻器突触后神经元的电压 。

　　3.4

　　忆阻器电阻 resistanceofmemristor

　　Rread

　　读(3. 6)过程中测得的忆阻器的电阻值 , 即读电压(3. 7)与读电流(3. 8)的比值 。

　　3.5

　　忆阻器电导 conductanceofmemristor

　　Gread

　　读(3. 6)过程中测得的忆阻器的电导值 , 即读电流(3. 8)与读电压(3. 7)的比值 。

　　3.6

　　读 read

　　获取忆阻器电阻(3. 4)或忆阻器电导(3. 5)的操作 。

　　1

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　　3.7

　　读电压 read voltage

　　Vread

　　读(3. 6)过程中施加在忆阻器两端的电压 。 3. 8

　　读电流 read current

　　Iread

　　读(3. 6)过程中通过忆阻器的电流 。

　　3.9

　　电预处理 electroforming

　　忆阻器制备完成后 ,用于激活忆阻器忆阻特性的操作 。

　　3. 10

　　电预处理电压 electroformingvoltage

　　Vform

　　完成电预处理(3. 9)时施加在忆阻器两端的电压 。

　　3. 11

　　步进电压 step voltage

　　Vstep

　　在忆阻器施加电压时 , 电压逐渐变化时的电压间隔 。

　　3. 12

　　增强 potentiation

　　通过施加电压使忆阻器电导值增加的操作 。

　　3. 13

　　增强电压 potentiation voltage

　　Vpo

　　增强(3. 12)过程中施加在忆阻器两端的电压 。

　　3. 14

　　增强时间 potentiation time

　　tpo

　　在增强(3. 12)过程中 ,增强电压(3. 13)的持续时间 。

　　3. 15

　　抑制 depression

　　通过施加电压使忆阻器电导值减小的操作 。

　　3. 16

　　抑制电压 depression voltage

　　Vde

　　抑制(3. 15)过程中施加在忆阻器两端的电压 。

　　3. 17

　　抑制时间 depression time

　　tde

　　在抑制(3. 15)过程中 ,抑制电压(3. 16)的持续时间 。

　　2

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　　4 待测器件

　　待测忆阻器由上电极 、阻变层和下电极构成 ,其结构示意图和等效电路图分别见图 1 a) 和图 1 b) 。在读 、电预处理 、增强和抑制过程中 ,忆阻器的上电极和下电极将被施加不同的操作电压 Vpre和 Vpost。

　　a) 结构示意图 b) 等效电路图

　　图 1 忆阻器结构示意图和等效电路图

　　5 测试装置与环境条件

　　5. 1 测试装置

　　忆阻器测试装置框图见图 2,主要由半导体参数分析仪 、开关矩阵 、探针台等部分组成 。

　　图 2 忆阻器测试装置框图

　　测试装置要求 :

　　a) 半导体参数分析仪应通过源测量单元和脉冲生成单元提供同步测量电流-电压特性 、电容-电压特性以及超快脉冲式电流-电压特 性 的 功 能 , 测 试 中 半 导 体 参 数 分 析 仪 参 数 应 符 合 表 1 的要求 ;

　　表 1 半导体参数分析仪参数要求

　　参数名称

　　参数要求

　　源测量单元输出电压范围

　　-10 V~ 10 V

　　源测量单元测量电压范围

　　-10 V~ 10 V

　　源测量单元输出电压分辨率

　　<10μV

　　源测量单元测量电压分辨率

　　<10μV

　　3

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　　表 1 半导体参数分析仪参数要求 (续)

　　参数名称

　　参数要求

　　源测量单元输出电压精度

　　±(0. 015%Rdg+600μV)

　　源测量单元测量电压精度

　　±(0. 015%Rdg+600μV)

　　源测量单元输出电流范围

　　-200 mA~ 200 mA

　　源测量单元测量电流范围

　　-200 mA~ 200 mA

　　源测量单元输出电流分辨率

　　<200 nA

　　源测量单元测量电流分辨率

　　<200 nA

　　源测量单元输出电流精度

　　±(0. 03%Rdg+1μA)

　　源测量单元测量电流精度

　　±(0. 03%Rdg+1μA)

　　脉冲生成单元输出电压范围

　　-5 V~ 5 V

　　脉冲生成单元输出电压分辨率

　　<1 mV

　　脉冲生成单元输出电压精度

　　±(2%Rdg+100 mV)

　　脉冲生成单元最小脉冲宽度

　　<20 ns

　　脉冲生成单元输出阻抗

　　50 Ω(1±5%)

　　注 : Rdg为测量的读数 。

　　b) 开关矩阵应具备随机组合输入通道和输出通道的功能 ;

　　c) 探针台应具备将 探 针 接 触 到 待 测 器 件 引 脚 的 功 能 , 测 试 中 对 探 针 台 参 数 要 求 应 符 合 表 2 的要求 。

　　表 2 探针台参数要求

　　参数名称

　　参数要求

　　吸盘 X 轴行程范围

　　>210 mm

　　吸盘 X 轴行程分辨率

　　<0. 5 μm

　　吸盘 Y 轴行程范围

　　>300 mm

　　吸盘 Y 轴行程分辨率

　　<0. 5 μm

　　吸盘 Z 轴行程范围

　　>50 mm

　　吸盘 Z 轴行程分辨率

　　<0. 2 μm

　　吸盘旋转角度范围

　　>6°

　　吸盘旋转角度分辨率

　　<0. 000 4°

　　探针最大电压

　　>500V

　　探针泄漏电流

　　<0. 8 pA

　　探针特征阻抗

　　50 Ω(1±5%)

　　探针寄生电容

　　<95fF

　　4

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　　5.2 测试环境条件

　　除另有规定外 ,测试应在下列环境条件下进行 :

　　a) 环境温度 :15 ℃ ~ 35 ℃ ;

　　b) 环境相对湿度 :40% ~ 70% ;

　　c) 环境气压 :86kPa~ 106kPa。

　　6 测试方法

　　6. 1 读

　　6. 1. 1 测试原理

　　读用于测量忆阻器电导 ,评估忆阻器状态 。忆阻器读测试原理图见图 3,其中图 3 a)为读电路示意图 , 图 3 b)为读电压时序图 。

　　a) 读电路示意图 b) 读电压时序图

　　图 3 忆阻器读测试原理图

　　6. 1.2 测试步骤

　　忆阻器读测试步骤为 :

　　a) 通过脉冲生成单元为忆阻器上电极施加脉冲宽度为 tread, 幅值为 Vread的突触前电压 , 即 Vpre= Vread ;

　　b) 将忆阻器下电极接地 , 即 Vpost=GND(GND表示接地) ;

　　c) 通过半导体参数分析仪测量此时输出的读电流 Iread。

　　6. 1.3 数据处理

　　按照公式(1)计算忆阻器电导 Gread。

　　Gread …………………………( 1 )

　　式中 :

　　Gread— 忆阻器电导 ;

　　Iread — 读电流 ;

　　Vread — 读电压 。

　　5

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　　6.2 电预处理

　　6.2. 1 测试原理及流程

　　电预处理的目的是激活忆阻器的可操作性 , 即忆阻器需经过电预处理后方可实现有效的增强和抑制操作 。忆阻器电预处理测试原理及流程图见图 4,其中图 4 a)为电预处理电路示意图 , 图 4 b)为电预处理电压时序图 , 图 4 c)为电预处理流程图 。

　　a) 电预处理 b) 电预处理电压时序图 c) 电预处理流程图电路示意图

　　图 4 忆阻器电预处理测试原理及流程图

　　6.2.2 测试步骤

　　忆阻器电预处理测试步骤如下 。

　　a) 设置电预处理跳变点电导 Gtrip_form 。

　　c) 按照 6. 1读忆阻器当前电导 Gread_form 。

　　b) 设置忆阻器初始突触前电压和突触后电压接地 , 即 Vpre=Vpost=GND。

　　d) 判断 Gread_form 与 Gtrip_form 的大小关系 :

　　1) 当 Gread_form ≤Gtrip_form 时 ,则设置 Vpre在原基础上增加脉冲宽度为 tstep 的步进电压 Vstep , 即

　　2) prG(接)eeVad_,f(p)r(e)ms(t)frm)。后的 Vpre施加于忆阻器上电极 ,忆阻器下电极保

　　e) 记录步骤 c) 、d)的循环次数 n。

　　6.2.3 数据处理

　　记录跳变点电导 Gtrip_form 和完成电预处理时忆阻器电导 Gread_form ,并按照公式(2) 、公式(3)分别计算忆阻器电预处理电压 Vform 和电预处理时间 tform 。

　　式中 :

　　Vform — 电预处理电压 ;

　　Vform =n ×Vstep …………………………( 2 )

　　6

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　　n — 6. 2. 2 中步骤 c) 、d)的循环次数 ;

　　Vstep — 步进电压 。

　　tform =n × tstep …………………………( 3 )

　　式中 :

　　tform — 电预处理时间 ;

　　n — 6. 2. 2 中步骤 c) 、d)的循环次数 ;

　　tstep — 步进电压脉冲宽度 。

　　6.3 增强

　　6.3. 1 测试原理及流程

　　增强的目的为使忆阻器电导高于预设跳变点电导(Gtrip) ,进入高导态(GHCS) 区间 。忆阻器增强测试原理及流程图见图 5,其中图 5 a)为增强电路示意图 , 图 5 b) 为增强电压时序图 , 图 5 c) 为增强测试流程图 。

　　a) 增强电路示意图 b) 增强电压时序图 c) 增强测试流程图

　　图 5 忆阻器增强测试原理及流程图

　　6.3.2 测试步骤

　　忆阻器增强测试步骤如下 。

　　a) 设置预设跳变点电导 Gtrip。

　　b) 通过脉冲生成单元为忆阻器上电极施加突触前电 Vpre,且脉冲生成单元输出电压的脉冲宽度为 tpo,幅值为 Vpo, 即突触前电压 Vpre=Vpo。

　　c) 将忆阻器下电极接地 , 即 Vpost=GND。

　　d) 按照 6. 1读忆阻器当前电导 Gread_ po。

　　e) 判断 Gread_ po与 Gtrip的大小关系 :

　　1) 当 Gread_ po≤Gtrip时 ,则重复 b) ~ e)过程 ;

　　2) 当 Gread_ po>Gtrip时 ,则结束增强操作 。

　　7

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　　6.3.3 数据处理

　　记录增强电压 Vpo、增强时间 tpo、跳变点电导 Gtrip和结束增强时忆阻器电导 Gread_ po。

　　6.4 抑制

　　6.4. 1 测试原理及流程

　　抑制的目的是使忆阻器电导低于 Gtrip ,进入低导态(GLCS) 区间 。忆阻器抑制测试原理及流程图见图 6,其中图 6 a)为抑制电路示意图 , 图 6 b)为抑制电压时序图 , 图 6 c)为抑制测试流程图 。

　　a) 抑制电路示意图 b) 抑制电压时序图 c) 抑制测试流程图

　　图 6 忆阻器抑制测试原理及流程图

　　6.4.2 测试步骤

　　忆阻器抑制测试步骤如下 。

　　a) 设置与增强相同的预设跳变点电导 Gtrip。

　　c) 通过脉冲生成单元为忆阻器下电极施加突触后电压 Vpost,且脉冲生成单元输出电压的脉冲宽

　　b) 将忆阻器上电极接地 , 即 Vpre=GND。

　　d) 按照(度为)6(t)de1, 读忆阻器(幅值为 V)d当(e),前电导 G(即突触后)rd_e。Vpost=Vde。

　　e) 判断 Gread_de与 Gtrip的大小关系 :

　　1) 当 Gread_de≥Gtrip时 ,则重复 b) ~ e)过程 ;

　　2) 当 Gread_de

　　6.4.3 数据处理

　　记录抑制电压 Vde、抑制时间 tde、预设跳变点电导 Gtrip和结束抑制时忆阻器电导 Gread_de。

　　7 测试报告

　　测试报告中应包含下列信息 :

　　8

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　　a) 测试人员及测试时间 ;

　　b) 样品描述 ,包括但不限于忆阻器型号或编号 、器件结构 ;

　　c) 对本文件的引用 ;

　　d) 测试装置说明 ,包括但不限于装置名称 、品牌 、型号 ;

　　e) 测试环境条件说明 ,包括但不限于温度 、湿度 、气压 ;

　　f) 忆阻器读测试结果 ,包括但不限于读电压(Vread) 、读电压脉冲宽度(tread) 、读电流(Iread ) 、忆阻器电导(Gread) ;

　　g) 忆阻器电预处理测试结果 ,包括但不限于步进电压(Vstep) 、步进电压脉冲宽度(tstep) 、测试循环次数(n) 、电预处理电压(Vform ) 、电预处理时间(tform ) 、结束电预处理时忆阻器电导(Gread_form ) 、预设电预处理跳变点电导(Gtrip_form ) ;

　　h) 忆阻器增强测试结果 ,包括但不限于增强电压(Vpo) 、增强时间(tpo) 、结束增强时忆阻器电导(Gread_ po) 、预设跳变点电导(Gtrip) ;

　　i) 忆阻器抑制测试结果 ,包括但不限于抑制电压(Vde) 、抑制时间(tde) 、结束抑制时忆阻器电 导(Gread_de) 、预设跳变点电导(Gtrip) 。

　　测试报告模板见附录 A。

　　9

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　　附 录 A (资料性)

　　测试报告模板

　　测试报告模板见表 A. 1。

　　表 A. 1 测试报告

　　测试人员

　　测试时间

　　样品描述

　　样品编号

　　型号/编号

　　器件结构

　　样品尺寸(面积 、厚度)

　　1

　　2

　　3

　　引用标准

　　测试装置

　　装置名称

　　品牌

　　型号

　　测试环境

　　环境温度/℃

　　环境相对湿度/%

　　环境气压/kPa

　　读测试结果

　　样品编号

　　Vread/V

　　tread/V

　　Iread/μA

　　Gread/μS

　　1

　　2

　　3

　　电预处理测试结果

　　样品编号

　　Vstep/V

　　tstep/s

　　n

　　Vform /V

　　tform /s

　　Gread_form /μS

　　Gtrip_form /μS

　　1

　　2

　　3

　　增强测试结果

　　样品编号

　　Vpo/V

　　tpo/s

　　Gread_po/μS

　　Gtrip/μS

　　1

　　2

　　3

　　抑制测试结果

　　样品编号

　　Vde/V

　　tde/s

　　Gread_de/μS

　　Gtrip/μS

　　1

　　2

　　3

　　10