使用相变存储器的内容可寻址存储单元和存储器

摘要

根据示例实施例，一种包含在内容可寻址存储器(CAM)中的CAM单元可以包括相变存储器件、连接器、和/或显现器。所述相变存储器件可以配置用于存储数据。所述相变存储器件可以具有可根据所存储的数据的逻辑电平而变化的电阻。所述连接器可以配置用于控制向所述相变存储器件写数据以及从所述相变存储器件读数据。所述显现器可以配置用于在其中将存储在所述相变存储器件中的数据与搜索数据进行比较的搜索模式下控制从所述相变存储器件读数据。

说明书

技术领域

示例实施例关注于内容可寻址存储器(CAM)单元和CAM，例如，使用相变存储器的CAM单元和CAM。

背景技术

CAM可以接收外部数据，将所接收的外部数据与其中存储的内部数据进行比较以确定所述外部数据是否与所述内部数据对应，并基于所述比较结果输出地址。所述CAM的每个单元可以包括比较器逻辑电路。可以将输入到所述CAM的数据与存储在所述CAM的每个单元中的数据进行比较，而从所述CAM输出的地址可以代表匹配结果。所述CAM可以用于其中需要迅速搜索图案、列表和或图像数据的应用，例如，搜索引擎和查找表。

发明内容

根据示例实施例，一种包含在CAM中的CAM单元可以包括相变存储器件、连接器(connector)、和/或显现器(developer)。所述相变存储器件可以配置用于存储数据。所述相变存储器件可以具有可根据所存储的数据的逻辑电平而变化的电阻。所述连接器可以配置用于控制向所述相变存储器件写数据以及从所述相变存储器件读数据。所述显现器可以配置用于在其中将存储在所述相变存储器件中的数据与搜索数据进行比较的搜索模式下控制从所述相变存储器件读数据。

根据另一个示例实施例，CAM可以包括匹配线、搜索线对、第一和第二CAM单元、和/或第一和第二比较器。所述搜索线对可以包括搜索线和反转搜索线。所述第一CAM单元可以包括第一相变存储器件和第一显现器。所述第一CAM单元可以配置用于在搜索模式下通过从所述第一显现器向所述第一相变存储器件施加第一显现电流而将存储在所述第一相变存储器件中的数据与通过所述反转搜索线输入的反转搜索数据进行比较。所述第二CAM单元可以包括第二相变存储器件和第二显现器。所述第二CAM单元可以配置用于在所述搜索模式下通过从所述第二显现器向所述第二相变存储器件施加第二显现电流而将存储在所述第二相变存储器件中的数据与通过所述搜索线输入的搜索数据进行比较。所述第一比较器可以配置用于响应于所述反转搜索数据和存储在所述第一CAM单元中的数据而连接或断开通往或来自第一电压源的匹配线。所述第二比较器可以配置用于响应于所述搜索数据和存储在所述第二CAM单元中的数据而连接或断开通往或来自所述第一电压源的匹配线。

附图说明

通过参照附图详细描述示例实施例，示例实施例的上面和其它特征和优点将变得更加显而易见。附图意在描绘示例实施例，而不应被解释为限制权利要求书意图的范围。除非明确注明，附图不应被认为是按比例绘制。

图1是相位随机存取存储器(PRAM)的示例电路图；

图2是根据示例实施例的包含CAM单元的CAM的电路图；

图3A是说明图2中所示的CAM的写操作的表；

图3B是说明图2中所示的CAM的读操作的表；

图3C是说明图2中所示的CAM的搜索操作的表；

图4是根据另一个示例实施例的包含CAM单元的CAM的电路图；

图5是是根据另一个示例实施例的其中多个CAM单元可以共享显现器的CAM结构的电路图。

具体实施方式

这里公开详细的示例实施例。然而，这里公开的特定结构和功能细节仅仅代表描述示例实施例的目的。相反，示例实施例可以以许多可替换的形式具体化，而不应当被解读为仅仅限于这里阐述的实施例。

从而，虽然示例实施例可以有各种变体和可替换形式，在附图中作为示例展示其实施例，而且将在这里对其进行详细描述。然而，应当理解，不打算将示例实施例限制为公开的特定形式，相反，示例实施例将涵盖落入示例实施例范围内的全部变体、等价物、以及可替换选择。附图描述中始终以相似的数字指示相似的元件。

应当理解，尽管这里可能使用术语“第一”、“第二”等等来描述各种元件，这些元件不应当为这些术语所限制。这些术语仅仅用于将元件彼此相互区分。例如，可以将第一元件称为第二元件，而且类似地，可以将第二元件称为第一元件，而不背离示例实施例的范围。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关的列出的项目的一个或多个的任何和全部组合。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到该另一个元件，或者可以存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，则不存在中间元件。应当以类似的方式解释用于描述元件之间关系的其它词汇(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)。

这里使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的，而无意限制示例实施例。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”、以及“该”意在同样包括复数形式，除非上下文明确地另外指出。还应当理解，术语“包括”和/或“包含”当在这里使用时，表明存在所称的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或其群组。

还应当注意，在某些可替换的实施方式中，所提到的功能/动作可能不以附图中注明的次序发生。例如，依赖于所涉及的功能/动作，相继展示的两幅附图可能实际上基本同时地执行或者可能有时以相反次序执行。

相位随机存取存储器(PRAM)可以是可使用其电阻可以根据例如因温度变化所致的相变而变化的例如锗-锑-碲的相变材料来存储数据的非易失性存储器。

图1是PRAM的示例电路图。参照图1，该PRAM的个体单元C可以包括相变材料GST。个体单元C可以进一步包括连接到相变材料GST的P-N二极管D。相变材料GST可以连接到位线BL以及P-N二极管D的P结。可以将字线WL连接到P-N二极管D的N结。依赖于用于存储数据的温度或加热时间，该PRAM的个体单元C的相变材料GST可以处于结晶或非结晶状态。相变材料可能需要大约900℃左右的温度以产生相变，例如可以通过使用流过该PRAM的电流的焦耳加热来得到该温度。

下面将说明该PRAM的示例写操作。可以向相变材料施加电流以将相变材料加热到高于相变材料的熔化温度，其可以接着被突然冷却。从而，相变材料将在非结晶状态下存储数据“1”。例如，该状态可以与复位状态对应。可以将相变材料加热到高于其结晶温度，维持给定时间期间，并冷却。从而，相变材料将在结晶状态下存储数据“0”。例如，该状态可以与置位状态对应。

该PRAM的读操作可以使用位线和字线来选择特定存储单元并向该特定存储单元中的相变材料施加电流。可以使用该电流根据因相变材料的电阻改变所致的电压变化来区分“1”和“0”。

图2是根据示例实施例的包含CAM单元的CAM 200的示例电路图。参照图2，CAM 200可以包括匹配线ML、包含搜索线SL和反转搜索线/SL的搜索线对、第一CAM单元210、第二CAM单元220、第一比较器250、和/或第二比较器260。

第一CAM单元210可以包括存储第一数据DATA1的第一相变存储器件GST1、以及第一显现器TR1_DEV。第一显现器TR1_DEV在其中可将存储在第一相变存储器件GST1中的第一数据DATA1与通过反转搜索线/SL输入的反转搜索数据/SD进行比较的搜索模式下将向第一相变存储器件GST1施加第一显现电流I1_DEV。第二CAM单元220可以包括存储第二数据DATA2的第一相变存储器件GST2、以及第二显现器TR2_DEV。第二显现器TR2_DEV在其中可将存储在第二相变存储器件GST2中的第二数据DATA2与通过搜索线SL输入的搜索数据SD进行比较的搜索模式下将向第二相变存储器件GST2施加第二显现电流I2_DEV。

第一比较器250可以响应于反转搜索数据/SD和存储在第一CAM单元210的第一相变存储器件GST1中的第一数据DATA1而连接或断开通往或来自第一电压VSS的源的匹配线ML。第二比较器260可以响应于搜索数据SD和存储在第二CAM单元220的第二相变存储器件GST2中的第二数据DATA2而连接或断开通往或来自第一电压VSS的源的匹配线ML。

第一比较器250可以包括第一晶体管TR1和第二晶体管TR2。可以响应于反转搜索数据/SD而导通或关断第一晶体管TR1。可以响应于存储在第一相变存储器件GST1中的第一数据DATA1而导通或关断第二晶体管TR2。根据示例实施例，第二晶体管TR2的阈电压将高于施加到第一相变存储器件GST1的最小电压而且低于施加到第一相变存储器件GST1的最大电压。从而，可以根据存储在第一相变存储器件GST1中的第一数据DATA1的逻辑电平而导通或关断第二晶体管TR2。

第二比较器260可以包括第三晶体管TR3和第四晶体管TR4。第二比较器260可以具有与第一比较器250相同的结构和操作，而且将略去其更详细的说明。

根据反转搜索数据/SD的逻辑电平，第一显现器TR1-DEV可以向第一相变存储器件GST1施加或者不施加第一显现电流I1_DEV。

第一显现器TR1-DEV可以是第一显现晶体管TR1-DEV，例如如图2中所示。可以根据反转搜索数据/SD的逻辑电平而导通或关断第一显现晶体管TR1-DEV。类似地，第二显现器TR2-DEV可以是第二显现晶体管TR2-DEV，例如如图2中所示。可以根据搜索数据SD的逻辑电平而导通或关断第二显现晶体管TR2-DEV。

第一显现晶体管TR1-DEV的导通电阻将大于第一相变存储器件GST1的最小电阻而且小于第一相变存储器件GST1的最大电阻，而第二显现晶体管TR2-DEV的导通电阻将大于第二相变存储器件GST2的最小电阻而且小于第二相变存储器件GST2的最大电阻。

分别从第一和第二显现器TR1-DEV和TR2-DEV输出的第一和第二显现电流I1_DEV和I2_DEV将大于用于从第一和第二相变存储器件GST1和GST2读数据所需的最小电流而且小于影响第一和第二相变存储器件GST1和GST2的状态的电流。

第一和第二显现器TR1-DEV和TR2-DEV可以为包含在CAM 200中的其它CAM单元所共享。例如，第一和第二显现器TR1-DEV和TR2-DEV可以在搜索模式下控制从包含在其它CAM单元中的相变存储器件读数据的操作。

第一CAM单元210还可以包括第一连接器TR1_ACC，而第二CAM单元220还可以包括第二连接器TR2_ACC。第一连接器TR1_ACC可以在向第一相变存储器件GST1写数据的写模式下向第一相变存储器件GST1提供写电流，而且可以在从第一相变存储器件GST1读数据的读模式下向第一相变存储器件GST1提供读电流。类似地，第二连接器TR2_ACC可以在向第二相变存储器件GST2写数据的写模式下向第二相变存储器件GST2提供写电流，而且可以在从第二相变存储器件GST2读数据的读模式下向第二相变存储器件GST2提供读电流。

CAM 200还可以包括字线WL以及至少一条位线BL1和BL2。

CAM 200可以在写模式下启用字线WL并分别向位线BL1和BL2施加第一数据DATA1和第二数据DATA2。第一连接器TR1_ACC可以响应于字线WL的启用而操作以向第一相变存储器件GST1提供与施加到位线BL1的第一数据DATA1的逻辑电平对应的写电流。类似地，第二连接器TR2_ACC可以响应于字线WL的启用而操作以向第二相变存储器件GST2提供与施加到位线BL2的第二数据DATA2的逻辑电平对应的写电流。

CAM 200可以在读模式下启用字线WL并向位线BL1和BL2提供读电流。第一和第二连接器TR1_ACC和TR2_ACC可以响应于字线的启用而操作以输出从第一和第二相变电阻器GST1和GST2读出的数据。

在搜索模式下将不启用字线WL。

第一连接器TR1-ACC可以是第一连接晶体管TR1-ACC，例如如图2中所示。第一连接晶体管TR1-ACC可以具有连接到字线WL的栅极、连接到位线BL1的第一端、以及连接到第一相变电阻器GST1的第二端。类似地，第二连接器TR2-ACC可以是第二连接晶体管TR2-ACC，例如如图2中所示。第二连接晶体管TR2-ACC可以具有连接到字线WL的栅极、连接到位线BL2的第一端、以及连接到第二相变电阻器GST2的第二端。

第一和第二显现器TR1-DEV和TR2-DEV可以分别提供第一和第二显现电流I1_DEV和I2_DEV，在搜索模式下其可以小于对第一和第二相变存储器件GST1和GST2的写电流或读电流。

CAM 200例如可以是三态CAM等等。

图3A是说明图2中所示的CAM的写操作的表。参照图3A，当图2中所示的CAM 200在写模式下操作时，当分别通过第一位线BL1和第二位线BL2施加的第一数据DATA1和第二数据DATA2分别为0和1时，0将被写到CAM 200，而当第一数据DATA1为1且第二数据DATA2为0时，1将被写到CAM 200。

图3B是说明图2中所示的CAM的读操作的表。参照图3B，当图2中所示的CAM 200在读模式下操作时，当分别存储在第一相变存储器件GST1和第二相变存储器件GST2中的第一数据DATA1和第二数据DATA2分别为0和1时，将从CAM 200读出0，而当第一数据DATA1为1且第二数据DATA2为0时，被从CAM 200读出1。

图3C是说明图2中所示的CAM的搜索操作的表。现在将对在搜索模式的初始阶段将匹配线预充电到逻辑高电平时图2中所示的CAM 200的示例搜索操作进行说明。

当搜索数据SD为0时，将操作第一CAM单元210，而且将不操作第二CAM单元220。例如，假定所述第一显现器包括第一显现晶体管TR1_DEV，第一显现晶体管TR1_DEV将被导通，而第二显现晶体管TR2_DEV将被关断。从而，将向第一相变存储器件GST1提供第一显现电流I1_DEV，并读取存储在第一相变存储器件GST1中的第一数据DATA1。当搜索数据SD为0时，第一晶体管TR1将被导通。

当第一数据DATA1为0时，第二晶体管TR2将被关断。例如，当搜索数据SD和第一数据DATA1均为0时，第一晶体管TR1将被导通且第二晶体管TR2将被关断。从而，匹配线ML将不连接到第一电压VSS(例如，地电压VSS)的源，而且将维持逻辑高电平。于是，可以确定搜索数据SD与第一数据DATA1彼此匹配。

当第一数据DATA1为1时，第二晶体管TR2将被导通。例如，当搜索数据SD为0而第一数据DATA1为1时，第一晶体管TR1和第二晶体管TR2将均被导通。从而，匹配线ML将连接到地电压VSS的源并变成逻辑低电平。于是，可以确定搜索数据SD与第一数据DATA1不匹配。

当搜索数据SD为1时，将操作第二CAM单元220，而且将不操作第一CAM单元210。例如，第一显现晶体管TR1_DEV将被关断，而第二显现晶体管TR2_DEV将被导通。从而，将向第二相变存储器件GST2提供第二显现电流I2_DEV，并读取存储在第二相变存储器件GST2中的第二数据DATA2。当搜索数据SD为1时，第三晶体管TR3将被导通。

当第二数据DATA2为0时，第四晶体管TR4将被关断。例如，当搜索数据SD为1而第二数据DATA2为0时，第三晶体管TR3将被导通且第四晶体管TR4将被关断。从而，匹配线ML将不连接到地电压VSS的源，而且将维持逻辑高电平。于是，可以确定搜索数据SD与第二数据DATA2彼此匹配。

当第二数据DATA2为1时，第四晶体管TR4将被导通。例如，当搜索数据SD和第二数据DATA2均为1时，第三晶体管TR3和第四晶体管TR4将均被导通。从而，匹配线ML将连接到地电压VSS的源并变成逻辑低电平。于是，可以确定搜索数据SD与第二数据DATA2不匹配。

图4是根据另一个示例实施例的包含CAM单元410和420的CAM 400的示例电路图。除了CAM单元410和420可以不包括显现器之外，CAM 400的CAM单元410和420可以与图2中所示的CAM 200的CAM单元210和220类似。因此，下面将仅仅说明CAM 400与图2中所示的CAM 200不同的部分。

参照图4，第一CAM单元410可以包括第一相变存储器件GST1和/或第一连接器TR1_ACC。第一连接器TR1_ACC在向第一相变存储器件GST1写数据的写模式下将通过位线BL1向第一相变存储器件GST1提供写电流。此外，第一连接器TR1_ACC在从第一相变存储器件GST1读数据的读模式下将通过位线BL1向第一相变存储器件GST1提供写电流或读电流。

第一连接器TR1_ACC在将存储在第一相变存储器件GST1中的数据与搜索数据进行比较的搜索模式下将通过位线BL1向第一相变存储器件GST1提供比写电流和读电流小的显现电流。

虽然图2中所示的CAM单元210和220是通过显现器TR1_DEV和TR2_DEV向所述相变存储器件提供显现电流，但是图4中所示的CAM单元410和420将通过连接器TR1_ACC和TR2_ACC以及字线BL1和BL2向所述相变存储器件提供显现电流

图5是是根据示例实施例的其中多个CAM单元可以共享显现器的CAM结构的电路图，参照图5，显现器(例如，TR1_DEV)可以向多个相变存储器件GST11和GST21提供显现电流I1_DEV。从而，多个CAM单元GST11和GST21将不需要其自己各自的显现器。

虽然图5示出两个CAM单元可以共享单个显现器，但是共享单个显现器的CAM单元的数量并不限于2。

如上所述，根据示例实施例的CAM和CAM单元将具有相对更快的数据搜索速率。

已经这样描述了示例实施例，显然其也可以以许多方式有所变化。这样的变化不应被认为是背离示例实施例意图的精神和范围，而且本领域技术人员显然可知，意图将全部这样的变化的包括在所附权利要求书的范围之内。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年9月19日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2006-0090705的优先权，其全部内容通过参照而被合并于此。