[發明專利]CAM器件及其操作方法

有效

• 申請號: 202110293251.3
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113160869B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 黃鵬;楊昊璋;康晉鋒;韓潤澤;項亞臣;劉曉彥;劉力鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G11C16/04
• 分類號: G11C16/04;G11C16/08;G11C16/24;H01L27/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種CAM器件及其操作方法。其中，該CAM器件的操作方法，包括步驟S1?S3。在步驟S1中，基于預設存儲規則，將待搜索數據存儲到CAM器件的CAM單元；在步驟S2中，將待查找數據轉換為字線電壓施加到CAM單元的字線上；在步驟S3中，對待查找數據與待搜索數據進行匹配操作，以完成查找搜索過程；其中，CAM單元包括第一晶體管和第二晶體管。第二晶體管與第一晶體管相鄰，且基于源極?漏極連接的形式與第一晶體管串聯；其中，第一晶體管和第二晶體管為3D NAND FLASH存儲陣列中的存儲單元，CAM單元用于存儲多比特數據。本公開實施例中基于3D NAND FLASH的CAM器件待機功耗極低，器件整體尺寸可以控制到更小，同時極大地提升了整個存儲系統的數據容量。

技術領域

本公開涉及半導體器件及集成電路技術領域，尤其涉及一種CAM器 件及其操作方法。

背景技術

與普通的存儲器不同，內容可尋址存儲器(Content Addressable Memory，簡稱CAM)是通過輸入內容來查找數據所在的地址，這個性質 使得它在模式識別、網絡路由和數據搜索等領域應用十分廣泛。

然而，現有技術中的CAM器件基于靜態隨機存取存儲器(SRAM， Static RandomAccess Memory)實現。以應用較為廣泛的三態內容可尋址 存儲器(Ternary ContentAddressable Memory，簡稱TCAM)為例，單個 存儲器單元可實現存儲、搜索三種狀態，如‘0’、‘1’和‘X’。但是，TCAM 需要十幾個互補金屬氧化物半導體(Complementary MetalOxide Semiconductor，簡稱CMOS)晶體管來構建，而且當其處于非查找狀態時， 為了使保存的數據不丟失，整個系統也需要持續供電，導致待機功耗會很 大。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為至少部分解決現有技術中的CAM器件在面臨當今海量數據搜索查 詢的情況時，功耗過大且器件尺寸無法有效減小的技術問題，本公開提供 了一種多值CAM器件及其操作方法。

(二)技術方案

本公開的一方面提供了一種CAM器件的操作方法，其中，包括步驟 S1-S3。在步驟S1中，基于預設存儲規則，將待搜索數據存儲到CAM器 件的CAM單元；在步驟S2中，將待查找數據轉換為字線電壓施加到CAM 單元的字線上；在步驟S3中，對待查找數據與待搜索數據進行匹配操作， 以完成查找搜索過程；

其中，CAM單元包括第一晶體管和第二晶體管。第二晶體管與第一 晶體管相鄰，且基于源極-漏極連接的形式與第一晶體管串聯；其中，第一 晶體管和第二晶體管為3D NANDFLASH存儲陣列中的存儲單元，CAM 單元用于存儲多比特數據。

根據本公開的實施例，預設存儲規則為第一晶體管和第二晶體管的閾 值電壓組合和待搜索數據的邏輯值之間的存儲邏輯關系。

根據本公開的實施例，在步驟S1中，包括：通過CAM器件的位線、 漏極選擇線、字線、源極選擇線和源線對CAM器件施加存儲電壓，以通 過擦除操作和編程操作，將待搜索數據存儲到CAM單元中。

根據本公開的實施例，通過擦除操作和編程操作，將待搜索數據存儲 到CAM單元中，包括：對CAM單元的第一晶體管或第二晶體管執行編 程操作，以提升第一晶體管或第二晶體管的閾值電壓；對CAM單元的第 一晶體管或第二晶體管執行擦除操作，以降低第一晶體管或第二晶體管的 閾值電壓；基于第一晶體管和第二晶體管的閾值電壓組合，將對應的待搜 索數據的邏輯值存儲在CAM單元中。

根據本公開的實施例，第一晶體管的閾值電壓隨存儲的待搜索數據的 邏輯值增大而減小；第二晶體管的閾值電壓隨存儲的待搜索數據的邏輯值 增大而增大；其中，第一晶體管靠近源極選擇線，第二晶體管靠近漏極選 擇線。