KR102646177B1 - Content addressable memory device and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 내용 주소화 메모리 장치는 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이, 및 복수의 매치 라인들을 통해 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프를 포함하고, FeTFET는 제1 도전형을 갖는 제1 도핑 영역, 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖는 제2 도핑 영역, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역 사이에 형성되는 채널 영역, 및 채널 영역 상에 형성되고, 강유전체층을 포함하는 게이트를 포함한다. An addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure includes a memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET), and a match connected to the plurality of memory cells through a plurality of match lines. It includes an amplifier, and the FeTFET has a first doped region having a first conductivity type, a second doped region having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a channel region formed between the first doped region and the second doped region. , and a gate formed on the channel region and including a ferroelectric layer.

Figure R1020220104120
Figure R1020220104120

Description

내용 주소화 메모리 장치 및 그 동작 방법{CONTENT ADDRESSABLE MEMORY DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}Content addressable memory device and operating method thereof {CONTENT ADDRESSABLE MEMORY DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 개시는 내용 주소화 메모리 장치 및 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FeTFET 소자를 기반으로 한 CAM 메모리 셀을 포함하는 내용 주소화 메모리 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a content-addressable memory device and a method of operating the same, and more specifically, to a content-addressable memory device including a CAM memory cell based on an FeTFET element and a method of operating the same.

SRAM, DRAM등으로 대표되는 기존의 임의 접근 기억장치 (RAM: random access memory)는 쓰기 주기 동안 데이터를 저장하고, 읽기 주기 동안 저장된 메모리를 읽는 역할을 한다. 이 때 임의 접근 기억장치는 어드레스(address)라고 불리는 특정 메모리의 위치를 지정하여야 하므로 순차적인 메모리 동작이 불가피한 상황이다.Existing random access memory (RAM), such as SRAM and DRAM, stores data during the write cycle and reads the stored memory during the read cycle. At this time, random access memory devices must specify a specific memory location called an address, so sequential memory operations are inevitable.

RAM의 순차적인 메모리 동작은 최근 빅데이터, 인공지능 분야 등에서 화두가 되고 있는 고속 대용량 데이터 검색에는 적합하지 않으며 이를 극복하기 위하여 대역폭(band width) 증가를 위한 연구가 활발히 진행중이나 근본적인 해법은 요원한 상황이다.RAM's sequential memory operation is not suitable for high-speed, large-capacity data retrieval, which has recently become a hot topic in the big data and artificial intelligence fields. Research is actively underway to increase bandwidth to overcome this, but a fundamental solution is far away. .

이에 반하여, 내용 주소화 기억장치 (CAM: content addressable memory)는 어드레스(address)에 의존한 순차적인 메모리 동작이 아닌, 메모리에 저장된 모든 데이터와 검색하고자 하는 데이터의 비교를 내용(content)에 기반하여 동시에 병렬처리로 진행하므로 데이터의 용량이 증가하고 고속 동작에 대한 수요가 증가할수록 유용성이 높아질 것으로 전망되고 있다. 그러나, CAM에 대한 기술적 수요는 날로 증가하고 있지만 메모리의 고용량을 구현하기 어렵고 전력 소모가 높아 다양한 용도로 활발하게 사용되지는 못하고 있는 실정이다.In contrast, content addressable memory (CAM) does not perform sequential memory operations based on addresses, but rather compares all data stored in the memory with the data to be retrieved based on content. At the same time, because it is processed in parallel, it is expected that its usefulness will increase as data capacity increases and demand for high-speed operation increases. However, although the technical demand for CAM is increasing day by day, it is difficult to implement high capacity memory and high power consumption, so it is not actively used for various purposes.

Binary CAM (BCAM)의 경우에는 약 10개의 MOSFET이 사용되고 ternary CAM (TCAM)의 경우에는 약 16개의 MOSFET이 사용되고 있으며, 이는 고용량 CAM의 구현을 어렵게 하고 데이터의 용량이 증가할 수록 메모리 동작에 필요한 전력 소모 및 동작 시간이 증가하므로 일반적으로 CAM은 RAM보다 매우 작은 용량으로 구현될 수밖에 없는 한계가 있다.In the case of binary CAM (BCAM), about 10 MOSFETs are used, and in the case of ternary CAM (TCAM), about 16 MOSFETs are used. This makes it difficult to implement high-capacity CAM, and as the data capacity increases, the power required for memory operation decreases. Because consumption and operation time increase, CAM generally has the limitation of being implemented with a much smaller capacity than RAM.

한국 공개특허 제10-2015-0093245호는 터너리 컨텐츠 어드레스 가능 메모리(TCAM)를 위한 정적 NAND 셀에 관한 것으로, 정적 터너리 컨텐츠 어드레스가능 메모리(ternary content addressable memory)(TCAM)로서, 제 1 풀-다운(pull-down) 트랜지스터 및 제 1 풀-업(pull-up) 트랜지스터에 커플링되는 키 셀(key cell), 제 2 풀-다운 트랜지스터 및 제 2 풀-업 트랜지스터에 커플링되는 마스크 셀(mask cell), 상기 제 1 풀-다운 트랜지스터 및 상기 제 2 풀-다운 트랜지스터는 병렬로 접속되고, 상기 제 1 풀-업 트랜지스터 및 상기 제 2 풀 -업 트랜지스터는 직렬로 접속되며, 상기 제 1 풀-다운 트랜지스터 및 상기 제 2 풀-다운 트 랜지스터에 커플링되고, 상기 제 1 풀-업 트랜지스터 및 상기 제 2 풀-업 트랜지스터에 추가적으로 커플링되는 매치 라인(match line) 출력을 포함하는 것을 특징으로 한다.Korean Patent Publication No. 10-2015-0093245 relates to a static NAND cell for ternary content addressable memory (TCAM), which is a first pool. - a key cell coupled to the pull-down transistor and the first pull-up transistor, and a mask cell coupled to the second pull-down transistor and the second pull-up transistor. (mask cell), the first pull-down transistor and the second pull-down transistor are connected in parallel, the first pull-up transistor and the second pull-up transistor are connected in series, and the first pull-up transistor is connected in series. comprising a match line output coupled to the pull-down transistor and the second pull-down transistor and additionally coupled to the first pull-up transistor and the second pull-up transistor. It is characterized by

또한, 한국 공개특허 제2001-0107136호는 내용 주소화 메모리(CAM) 셀에 있어서, 제 1 노드와 제 2 노드에 상보적인 제 1 및 제 2 데이터를 래치하는 래치 수단과, 제 1 비트 라인과 상기 제 1 노드 사이에 형성된 전류 통로 및 워드 라인과 연결된 게이트를 가지는 제 1 트랜지스터와, 제 2 비트 라인과 상기 제 2 노드 사이에 형성된 전류 통로 및 상기 워드 라인과 연결된 게이트를 가지는 제 2 트랜지스터와, 상기 제 1 비트 라인과 제 3 노드 사이에 형성된 전류 통로 및 상기 제 2 노드와 연결된 게이트를 가지는 제 3 트랜지스터와, 상기 제 3 노드와 상기 제 2 비트 라인 사이에 형성된 전류 통로 및 상기 제 1 노드와 연결된 게이트를 가지는 제 4 트랜지스터와, 매치 라인과 접지 전압 사이에 형성된 전류 통로 및 상기 제 3 노드와 연결된 게이트를 가지는 제 5 트랜지스터, 그리고 전원 전압과 상기 매치 라인 사이에 형성된 전류 통로 및 프리차지 신호와 연결된 게이트를 가지는 프리차지 트랜지스터를 포함하되 상기 제 3 및 제 4 트랜지스터들은 각각 PMOS 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, Korean Patent Publication No. 2001-0107136 provides a content addressable memory (CAM) cell, including a latch means for latching first and second data complementary to the first node and the second node, a first bit line, and A first transistor having a current path formed between the first nodes and a gate connected to the word line, a second transistor having a current path formed between a second bit line and the second node and a gate connected to the word line, A third transistor having a current path formed between the first bit line and the third node and a gate connected to the second node, a current path formed between the third node and the second bit line and the first node, and a fourth transistor having a gate connected to it, a current path formed between a match line and a ground voltage, a fifth transistor having a gate connected to the third node, a current path formed between a power supply voltage and the match line, and a precharge signal; It includes a precharge transistor having a connected gate, wherein the third and fourth transistors are each configured as a PMOS transistor.

1, 한국 공개특허 제10-2015-0093245호 (2015.08.17)1, Korean Patent Publication No. 10-2015-0093245 (2015.08.17) 2. 한국 공개특허 제10-2001-0107136호(2001.12.07)2. Korean Patent Publication No. 10-2001-0107136 (December 7, 2001)

본 개시의 일 실시예는 FeTFET(Ferroelectric tunnel FET) 기반의 멀티 비트 CAM을 구현함으로써, 하나의 트랜지스터를 이용하여 멀티 비트 CAM 연산을 수행함과 동시에 불일치 정도(degree of mismatch)까지 구현할 수 있는 내용 주소화 메모리 장치 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present disclosure implements a multi-bit CAM based on a Ferroelectric tunnel FET (FeTFET), thereby performing a multi-bit CAM operation using a single transistor and simultaneously implementing content addressability up to a degree of mismatch. The object is to provide a memory device and a method of operating the same.

본 개시의 실시 예에 따른 내용 주소화 메모리 장치는 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이, 및 복수의 매치 라인들을 통해 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프를 포함하고, FeTFET는 제1 도전형을 갖는 제1 도핑 영역, 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖는 제2 도핑 영역, 제1 도핑 영역 및 제2 도핑 영역 사이에 형성되는 채널 영역, 및 채널 영역 상에 형성되고, 강유전체층을 포함하는 게이트를 포함한다. An addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure includes a memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET), and a match connected to the plurality of memory cells through a plurality of match lines. It includes an amplifier, and the FeTFET has a first doped region having a first conductivity type, a second doped region having a second conductivity type different from the first conductivity type, and a channel region formed between the first doped region and the second doped region. , and a gate formed on the channel region and including a ferroelectric layer.

본 개시의 실시 예에 따른 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이, 및 매치 라인을 통해 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프를 포함하는 내용 주소화 메모리 장치의 동작 방법은 매치 라인에 전원 전압을 인가하여 매치 라인을 프리차지하는 단계, 매치 라인에 연결된 메모리 셀에 코드워드를 입력하는 단계, 매치 라인에 연결된 메모리 셀에 저장된 데이터와 코드워드를 비교하여 데이터의 일치/불일치 여부를 판단하는 단계, 코드워드와 저장된 데이터가 일치하다고 판단된 경우, 매치 라인은 방전되지 않는 단계, 코드워드와 저장된 데이터가 불일치하다가 판단된 경우, 매치 라인은 방전되는 단계, 매치 앰프에 의해, 매치 라인의 방전 속도를 기반으로 출력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. A content addressable memory including a memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET) according to an embodiment of the present disclosure, and a match amplifier connected to the plurality of memory cells through a match line. The operation method of the device is to precharge the match line by applying a power voltage to the match line, inputting a codeword into a memory cell connected to the match line, and comparing the codeword with the data stored in the memory cell connected to the match line to obtain data. A step of determining whether there is a match/mismatch; If it is determined that the codeword and the stored data match, the match line is not discharged; If it is determined that the codeword and the stored data do not match, the match line is discharged; Match and generating, by an amplifier, an output signal based on the discharge rate of the match line.

본 개시의 실시 예에 따른 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이, 매치 라인을 통해 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프, 및 매치 라인에 전류를 공급하는 전류원을 포함하는 내용 주소화 메모리 장치의 동작 방법은 매치 라인에 접지 전압을 인가하여 매치 라인을 프리차지하는 단계, 매치 라인에 연결된 메모리 셀에 코드워드를 입력하는 단계, 매치 라인에 연결된 메모리 셀에 저장된 데이터와 코드워드를 비교하여 데이터의 일치/불일치 여부를 판단하는 단계, 코드워드와 저장된 데이터가 일치하다고 판단된 경우, 매치 라인은 충전되는 단계, 코드워드와 저장된 데이터가 불일치하다가 판단된 경우, 매치 라인은 충전되지 않는 단계, 및 매치 앰프에 의해, 출력 신호를 생성하는 단계를 포함한다. A memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET) according to an embodiment of the present disclosure, a match amplifier connected to the plurality of memory cells through a match line, and supplying current to the match line. The operating method of the addressable memory device includes the steps of applying a ground voltage to the match line to precharge the match line, inputting a codeword into a memory cell connected to the match line, and entering a codeword into a memory cell connected to the match line. A step of comparing the stored data and the codeword to determine whether the data matches/mismatches. If it is determined that the codeword and the stored data match, the match line is charged. If it is determined that the codeword and the stored data do not match, The match line includes the steps of not charging and, by the match amplifier, generating an output signal.

실시예들 중에서, 본 개시의 일실시예에 따른 내용 주소화 메모리 장치는 매치 라인을 기준으로 병렬로 연결된 다수의 CAM 메모리 셀, 상기 매치 라인의 일단에 배치되며, 상기 매치 라인의 방전 속도를 감지하는 센스 증폭기를 포함하는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서, 하나의 CAM 메모리 셀은 반도체 기판에 일정거리 떨어져 형성된 P+ 영역과 N+ 영역과, 상기 P+ 영역과 상기 N+ 영역 사이에 형성된 채널 영역과, 상기 채널 영역 상에 형성된 게이트로 구성된 하나의 FeTFET(Ferroelectric Tunnel FET) 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.Among embodiments, a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure includes a plurality of CAM memory cells connected in parallel based on a match line, disposed at one end of the match line, and detecting the discharge rate of the match line. In a content-addressable memory device including a sense amplifier, one CAM memory cell includes a P+ region and an N+ region formed on a semiconductor substrate at a predetermined distance apart, a channel region formed between the P+ region and the N+ region, and the channel It is characterized by including one FeTFET (Ferroelectric Tunnel FET) device consisting of a gate formed on the region.

검색 데이터를 입력하는 서치 라인(SL; Search Line)을 더 포함하며, 상기 서치 라인은 상기 CAM 메모리 셀의 상기 게이트와 연결된다.It further includes a search line (SL) for inputting search data, and the search line is connected to the gate of the CAM memory cell.

상기 매치 라인에 연결되어 상기 매치 라인에 전원전압(VDD)(혹은 고전압) 전압으로 프리 차지(Pre-charge)하는 프리 차지부를 더 포함한다.It further includes a pre-charge unit connected to the match line and pre-charging the match line with a power supply voltage (VDD) (or high voltage).

상기 매치 라인(ML)을 저전압(GND)으로 프리 차지한 후 상기 매치 라인에 충전 전류(IML)를 공급하는 전류 소스원(Current source)를 더 포함한다.It further includes a current source that precharges the match line (ML) to a low voltage (GND) and then supplies charging current (IML) to the match line.

상기 게이트는 절연층, 강유전체층 및 게이트 전극층의 적층 구조를 포함하며, 상기 강유전체층은 PZT(Pb(Zr,Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9), SBTN(SrBi2(Ta,Nb)O9), BLT((Bix,La1- x)4Ti3O12) 및 BST(BaxSr(1-x)TiO3), 하프늄옥사이드 (HfO2), 실리콘이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Si), 알루미늄이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Al), 지르코늄이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Zr) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.The gate includes a stacked structure of an insulating layer, a ferroelectric layer, and a gate electrode layer, and the ferroelectric layer is PZT(Pb(Zr,Ti)O 3 ), SBT(SrBi 2 Ta 2 O 9 ), SBTN(SrBi 2 (Ta , Nb ) O 9 ) , BLT((Bix , La1- 2 /Si), aluminum-added hafnium oxide (HfO 2 /Al), zirconium-added hafnium oxide (HfO 2 /Zr), or a combination thereof.

상기 센스 증폭기는 검색 동작 시 디스 차지(discharge) 혹은 차지(charge) 여부에 따른 매치 라인의 전압 레벨에 기초하여 데이터의 일치/불일치(Match/Mismatch)를 판단하고, 데이터가 일치하는 주소를 출력하는 것을 특징으로 한다.The sense amplifier determines match/mismatch of data based on the voltage level of the match line depending on whether it is discharged or charged during a search operation, and outputs an address where the data matches. It is characterized by

본 개시의 일 실시예에 따른 내용 주소화 메모리 장치의 동작 방법은 매치 라인을 기준으로 병렬로 연결되며, 하나의 FeTFET(Ferroelectric Tunnel FET) 소자를 포함하는 다수의 CAM 메모리 셀과, 상기 매치 라인(ML)의 일단에 배치된 센스 증폭기(SA) 출력단을 포함하는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서, 상기 매치 라인에 VDD 전압을 인가하여 상기 매치 라인을 프리차지하는 단계와, 상기 CAM 메모리 셀에 검색 데이터를 입력하는 단계와, 입력된 검색 데이터와 상기 CAM 메모리 셀에 저장된 데이터를 비교하여 데이터의 일치/불일치 여부를 판단하는 단계와, 상기 검색 데이터와 상기 저장된 데이터가 일치하는 경우 상기 매치 라인의 전압이 유지되며, 불일치하는 경우 상기 매치 라인이 방전되는 단계와, 상기 센스 증폭기에서 상기 매치 라인의 방전 속도를 감지하여 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of operating a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure includes a plurality of CAM memory cells connected in parallel based on a match line and including one FeTFET (Ferroelectric Tunnel FET) element, and the match line ( ML), comprising: precharging the match line by applying a VDD voltage to the match line; and providing search data to the CAM memory cell. Inputting, comparing input search data with data stored in the CAM memory cell to determine whether the data matches/mismatches, and maintaining the voltage of the match line when the search data matches the stored data. It is characterized in that it includes the step of discharging the match line when there is a mismatch, and the step of detecting the discharge rate of the match line in the sense amplifier and generating an output signal.

상기 검색 데이터를 입력하는 단계는 상기 CAM 메모리 셀에 연결된 하나의 서치 라인에 검색 데이터를 입력하여 진행한다.The step of inputting the search data is performed by inputting the search data into one search line connected to the CAM memory cell.

상기 검색 데이터와 저장된 데이터가 일치(match)하는 경우 상기 매치 라인에 프리차지된 VDD 전압이 유지되고, 상기 센스 증폭기의 출력단의 전압이 유지된다.When the search data matches the stored data, the VDD voltage precharged at the match line is maintained, and the voltage at the output terminal of the sense amplifier is maintained.

상기 검색 데이터와 저장된 데이터가 불일치(Mismatch)하는 경우 상기 CAM 메모리 셀에 방전 전류 경로(Discharge Current)가 발생하여 상기 매치 라인이 방전되고, 상기 센스 증폭기의 출력단에서는 전압강하가 발생한다.When there is a mismatch between the search data and the stored data, a discharge current path occurs in the CAM memory cell, the match line is discharged, and a voltage drop occurs at the output terminal of the sense amplifier.

상기 매치 라인이 방전되는 속도 및 상기 센스 증폭기 출력단의 전압 강하가 일어나는 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단하며, 상기 매치 라인이 방전되는 속도가 증가할수록 불일치 비트 수가 증가된다고 판단하고, 상기 센스 증폭기 출력단의 전압 강하가 빠른 시간내 일어날수록 불일치 비트 수가 증가된다고 판단한다.The number of mismatch bits is determined based on the speed at which the match line is discharged and the time difference at which the voltage drop at the output terminal of the sense amplifier occurs. It is determined that the number of mismatch bits increases as the speed at which the match line is discharged increases, and the number of mismatch bits is determined to increase as the speed at which the match line is discharged increases. It is determined that the faster the voltage drop occurs, the more the number of mismatched bits increases.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 내용 주소화 메모리 장치의 동작 방법은 매치 라인을 기준으로 병렬로 연결되며, 하나의 FeTFET(Ferroelectric Tunnel FET) 소자를 포함하는 다수의 CAM 메모리 셀과, 상기 매치 라인(ML)의 일단에 배치된 센스 증폭기(SA) 출력단 및 매치 라인에 충전 전류(IML)를 공급하는 전류 소스원(Current source)을 포함하는 내용 주소화 메모리 장치에 있어서, 상기 매치 라인에 GND 전압을 인가하여 상기 매치 라인을 GND로 프리차지하는 단계와, 상기 CAM 메모리 셀에 검색 데이터를 입력하는 단계와, 입력된 검색 데이터와 상기 CAM 메모리 셀에 저장된 데이터를 비교하여 데이터의 일치/불일치 여부를 판단하는 단계와, 상기 검색 데이터와 상기 저장된 데이터가 불일치하는 경우 상기 매치 라인의 GND 전압이 유지되며, 일치하는 경우 상기 매치 라인이 고전압으로 충전되는 단계와, 상기 센스 증폭기에서 상기 매치 라인의 충전 속도를 감지하여 출력 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.In addition, a method of operating a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure includes a plurality of CAM memory cells connected in parallel based on a match line and including one FeTFET (Ferroelectric Tunnel FET) element, and the match A content-addressable memory device including a sense amplifier (SA) output terminal disposed at one end of a line (ML) and a current source supplying a charging current (IML) to a match line, wherein a GND is connected to the match line. Precharging the match line to GND by applying a voltage, inputting search data into the CAM memory cell, and comparing the input search data with data stored in the CAM memory cell to determine whether the data matches or does not match. determining that the GND voltage of the match line is maintained if the search data and the stored data do not match, and charging the match line to a high voltage if they match; and charging speed of the match line in the sense amplifier. It includes a step of detecting and generating an output signal.

상기 검색 데이터를 입력하는 단계는 상기 CAM 메모리 셀에 연결된 하나의 서치 라인에 검색 데이터를 입력하여 진행한다.The step of inputting the search data is performed by inputting the search data into one search line connected to the CAM memory cell.

상기 검색 데이터와 저장된 데이터가 불일치(Mismatch)하는 경우 상기 CAM 메모리 셀에 방전 전류 경로(Discharge Current)가 발생하여 전류원에서 매치 라인으로 공급되는 전류를 상쇄하므로 상기 매치 라인에 프리차지된 GND 전압이 유지되고, 상기 센스 증폭기의 출력단의 전압이 유지된다.When there is a mismatch between the search data and the stored data, a discharge current path is generated in the CAM memory cell to offset the current supplied from the current source to the match line, so that the GND voltage precharged on the match line is maintained. And the voltage at the output terminal of the sense amplifier is maintained.

상기 검색 데이터와 저장된 데이터가 일치(Match)하는 경우 상기 매치 라인이 고전압으로 충전되고, 상기 센스 증폭기의 출력단에서는 전압상승이 발생한다.When the search data and stored data match, the match line is charged with high voltage, and a voltage rise occurs at the output terminal of the sense amplifier.

상기 매치 라인이 충전되는 속도 및 상기 센스 증폭기 출력단의 전압 상승이 일어나는 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단하며, 상기 매치 라인이 충전되는 속도가 감소할수록 불일치 비트 수가 증가된다고 판단하고, 상기 센스 증폭기 출력단의 전압 상승이 느린 시간내 일어날수록 불일치 비트 수가 증가된다고 판단하는 것을 특징으로 한다.The number of mismatch bits is determined based on the speed at which the match line is charged and the time difference in which the voltage at the output terminal of the sense amplifier occurs. It is determined that the number of mismatch bits increases as the speed at which the match line is charged decreases, and the number of mismatch bits is determined to increase as the speed at which the match line is charged decreases. It is characterized in that it is determined that the number of mismatch bits increases as the voltage rise occurs within a slow time.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다. The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, the scope of rights of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.

본 개시의 일 실시예에 따른 내용 주소화 메모리 장치 및 그 동작 방법은 FeTFET(Ferroelectric tunnel FET) 기반의 멀티 비트 CAM을 구현함으로써, 하나의 트랜지스터를 이용하여 멀티 비트 CAM 연산을 수행함과 동시에 불일치 정도(degree of mismatch)까지 구현하는 효과를 얻을 수 있다.The content addressable memory device and its operating method according to an embodiment of the present disclosure implement a multi-bit CAM based on a Ferroelectric tunnel FET (FeTFET), thereby performing a multi-bit CAM operation using one transistor and at the same time reducing the degree of mismatch ( You can achieve the effect of implementing up to a degree of mismatch.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 내용 주소화 메모리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2a는 MOSFET 기반의 내용 주소화 메모리 장치의 예를 보여주는 도면이다.
도 2b는 도 2a의 내용 주소화 메모리 장치의 MOSFET 소자 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 도 1의 CAM 장치의 일부의 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 제1 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터 소자의 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 제1 FeTFET 소자의 동작 특성을 보여주기 위한 그래프이다.
도 6은 도 3의 제1 메모리 셀 그룹을 포함하는 도 1의 CAM 장치의 동작 방법의 예를 보여주는 순서도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 3의 제1 메모리 셀 그룹에 저장된 데이터를 검색하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 도 1의 CAM 장치의 일부의 예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 제1 메모리 셀 그룹을 포함하는 도 1의 CAM 장치의 동작 방법의 예를 보여주는 순서도이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 3 및 도 8의 제1 메모리 셀의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 3 및 도 8의 제1 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터 소자의 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 3 및 도 8의 제1 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터 소자의 예를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 13은 도 3 및 도 8의 제1 FeTFET 소자 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 도 3 및 도 8의 제1 FeTFET 소자의 스위칭 특성을 이용한 2bit 구현 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 내용 주소화 메모리 장치의 불일치 정도를 판단하는 동작 예측한 그래프이다.
1 is a block diagram showing a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2a is a diagram showing an example of a MOSFET-based content addressable memory device.
FIG. 2B is a graph for explaining MOSFET device characteristics of the content addressable memory device of FIG. 2A.
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a portion of the CAM device of FIG. 1.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the first ferroelectric tunnel field effect transistor device of FIG. 3.
FIG. 5 is a graph showing the operating characteristics of the first FeTFET device of FIG. 4.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method of operating the CAM device of FIG. 1 including the first memory cell group of FIG. 3.
FIGS. 7A to 7D are diagrams for explaining an operation of searching data stored in the first memory cell group of FIG. 3 .
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a portion of the CAM device of FIG. 1.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of a method of operating the CAM device of FIG. 1 including the first memory cell group of FIG. 8.
FIGS. 10A to 10D are diagrams for explaining the operation of the first memory cell of FIGS. 3 and 8.
FIG. 11 is a diagram showing an example of the first ferroelectric tunnel field effect transistor device of FIGS. 3 and 8.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the first ferroelectric tunnel field effect transistor device of FIGS. 3 and 8.
FIG. 13 is a graph for explaining the characteristics of the first FeTFET device of FIGS. 3 and 8.
FIG. 14 is a graph for explaining a 2-bit implementation operation using the switching characteristics of the first FeTFET device of FIGS. 3 and 8.
Figure 15 is an operation prediction graph for determining the degree of inconsistency of a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure.

이하에서, 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시를 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 개시의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described clearly and in detail so that a person skilled in the art can easily practice the present disclosure.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 내용 주소화 메모리 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 내용 주소화 메모리 장치(CAM; Content Addressable memory)(1000)(이하에서, CAM 장치로 칭함)는 드라이버(1100), 메모리 셀 어레이(1200), 앰프(1300), 및 우선 순위 인코더(1400)를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(1200)는 제1 내지 제4 메모리 셀 그룹들(1200_1~1200_4)을 포함할 수 있다. 앰프(1300)는 제1 내지 제4 매치 앰프들(1300_1~1300_4)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, CAM 장치(100)는 바이어스 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 도 1에서, 제1 내지 제4 메모리 셀 그룹들(1200_1~1200_4), 제1 내지 제4 매치 앰프들(1300_1~1300_4)의 각각의 개수들은 단지 예시적인 것에 불과하고, 본 개시는 이에 제한되지 않는다.1 is a block diagram showing a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1, a content addressable memory (CAM) 1000 (hereinafter referred to as a CAM device) includes a driver 1100, a memory cell array 1200, an amplifier 1300, and It may include a ranking encoder 1400. The memory cell array 1200 may include first to fourth memory cell groups 1200_1 to 1200_4. The amplifier 1300 may include first to fourth match amplifiers 1300_1 to 1300_4. In one embodiment, the CAM device 100 may further include a bias circuit (not shown). In FIG. 1, the numbers of the first to fourth memory cell groups 1200_1 to 1200_4 and the first to fourth match amplifiers 1300_1 to 1300_4 are merely examples, and the present disclosure is not limited thereto. No.

드라이버(1100)는 코드워드(Codeword)(또는 검색 데이터, 입력 데이터)를 제1 내지 제4 서치 라인들(SL1~SL4)을 통해 메모리 셀 어레이(1200)에 제공한다. 코드워드는 메모리 셀 어레이(1200)에 저장된 데이터 중 검색하고자 하는 데이터이다. 이하에서, 코드워드는 검색 데이터, 입력 데이터와 동일한 의미로 사용된다. 예를 들어, 코드워드는 외부의 프로세서(미도시)로부터 제공될 수 있다. The driver 1100 provides a codeword (or search data, input data) to the memory cell array 1200 through the first to fourth search lines SL1 to SL4. A codeword is data to be searched among data stored in the memory cell array 1200. Hereinafter, codewords are used in the same sense as search data and input data. For example, the codeword may be provided from an external processor (not shown).

제1 메모리 셀 그룹(1200_1)은 제1 내지 제4 메모리 셀들(C11~C14)을 포함할 수 있다. 제2 메모리 셀 그룹(1200_2)은 제5 내지 제8 메모리 셀들(C21~C24)을 포함할 수 있다. 제3 메모리 셀 그룹(1200_3)은 제9 내지 제12 메모리 셀들(C31~C34)을 포함할 수 있다. 제4 메모리 셀 그룹(1200_4)은 제13 내지 제16 메모리 셀들(C41~C44)을 포함할 수 있다. 여기서, 도시된 메모리 셀의 개수는 예시적인 것에 불과하고, 메모리 셀의 개수는 32비트 내지 256비트와 같은 다양한 코드워드의 크기에 따라 결정될 수 있다. 또한, 코드워드의 크기에 따라 도시된 서치 라인의 수가 변경될 수도 있다.The first memory cell group 1200_1 may include first to fourth memory cells C11 to C14. The second memory cell group 1200_2 may include fifth to eighth memory cells C21 to C24. The third memory cell group 1200_3 may include ninth to twelfth memory cells C31 to C34. The fourth memory cell group 1200_4 may include 13th to 16th memory cells C41 to C44. Here, the number of memory cells shown is merely an example, and the number of memory cells may be determined according to the size of various codewords, such as 32 bits to 256 bits. Additionally, the number of search lines shown may change depending on the size of the codeword.

제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44) 각각은 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44) 각각은 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET; Ferroelectric-Tunnel-FET)를 포함할 수 있다. Each of the first to sixteenth memory cells C11 to C44 may include a transistor. For example, each of the first to sixteenth memory cells C11 to C44 may include a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET).

일 실시 예에서, 제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44) 각각은 1비트 또는 2비트를 저장할 수 있다. 단, 본 개시의 범위가 이에 한정되지 아니하며, 메모리 셀에 저장되는 비트 수는 구현에 따라 증가 또는 감소할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서 제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44) 각각은 2비트를 저장하는 것으로 가정한다. In one embodiment, each of the first to sixteenth memory cells C11 to C44 may store 1 bit or 2 bits. However, the scope of the present disclosure is not limited thereto, and the number of bits stored in a memory cell may increase or decrease depending on implementation. For convenience of explanation, it is assumed below that each of the first to sixteenth memory cells C11 to C44 stores 2 bits.

예를 들어, 제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44) 각각은 로직 '11', '10', '01', 및 '00'을 저장할 수 있다. 또는 제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44) 각각은 로직 '11', '10', '01', '00', 및 돈 케어(D.C, Don't Care) 비트(즉, 'XX')를 저장할 수 있다. 메모리 셀에 저장된 데이터(혹은, 셀 데이터)를 검색하는 경우, 코드워드와 관계없이, 돈 케어(D.C) 비트가 저장된 메모리 셀은 매치된 결과를 출력할 수 있다. 즉 CAM 장치(1000)는 TCAM(Ternary content addressable memory) 장치일 수 있다. 이하에서, CAM 장치(1000)는 TCAM 장치인 것으로 가정한다. For example, each of the first to sixteenth memory cells C11 to C44 may store logic '11', '10', '01', and '00'. Or, each of the first to sixteenth memory cells (C11 to C44) has logic '11', '10', '01', '00', and Don't Care (D.C.) bits (i.e., 'XX' ) can be saved. When searching data (or cell data) stored in a memory cell, regardless of the codeword, the memory cell in which the Don Care (D.C.) bit is stored can output a matched result. That is, the CAM device 1000 may be a TCAM (Ternary content addressable memory) device. Hereinafter, it is assumed that the CAM device 1000 is a TCAM device.

우선 순위 인코더(1400)는, 앰프 출력 라인들(OA1~OA4)로부터 제공된 전압(또는 신호)에 기초하여, 코드워드와 매치되는 데이터를 갖는 메모리 셀 어레이의 어드레스를 매치 어드레스(ML_add)로서 출력한다. 예를 들어, 매치되는 메모리 셀 어레이가 복수인 경우, 우선 순위 인코더(1400)는 우선 순위 알고리즘에 따라 하나의 메모리 셀 어레이의 어드레스를 출력할 수 있다.The priority encoder 1400 outputs the address of the memory cell array having data matching the codeword as a match address (ML_add), based on the voltage (or signal) provided from the amplifier output lines (OA1 to OA4). . For example, when there are multiple matching memory cell arrays, the priority encoder 1400 may output the address of one memory cell array according to a priority algorithm.

예를 들어, 코드워드는 '11 10 01 00'이고, 제1 메모리 셀(C11)은 '11'을 저장하고, 제2 메모리 셀(C12)은 '10'을 저장하고, 제3 메모리 셀(C13)은 '01'을 저장하고, 제4 메모리 셀(C14)은 '00'을 저장하고, 제5 메모리 셀(C21)은 '11'을 저장하고, 제6 메모리 셀(C22)은 '10'을 저장하고, 제7 메모리 셀(C23)은 '01'을 저장하고, 제8 메모리 셀(C24)은 '11'을 저장하고, 제9 메모리 셀(C31)은 '00'을 저장하고, 제10 메모리 셀(C32)은 '01'을 저장하고, 제11 메모리 셀(C33)은 '10'을 저장하고, 제12 메모리 셀(C34)은 '11'을 저장하고, 제13 메모리 셀(C41)은 'XX'을 저장하고, 제14 메모리 셀(C42)은 'XX'을 저장하고, 제15 메모리 셀(C43)은 '01'을 저장하고, 제16 메모리 셀(C44)은 '00'을 저장하는 것으로 가정한다. For example, the codeword is '11 10 01 00', the first memory cell (C11) stores '11', the second memory cell (C12) stores '10', and the third memory cell ( C13) stores '01', the fourth memory cell (C14) stores '00', the fifth memory cell (C21) stores '11', and the sixth memory cell (C22) stores '10'. ', the seventh memory cell C23 stores '01', the eighth memory cell C24 stores '11', the ninth memory cell C31 stores '00', The 10th memory cell C32 stores '01', the 11th memory cell C33 stores '10', the 12th memory cell C34 stores '11', and the 13th memory cell ( C41) stores 'XX', the 14th memory cell (C42) stores 'XX', the 15th memory cell (C43) stores '01', and the 16th memory cell (C44) stores '00'. ' is assumed to be stored.

앰프(1300)의 매치 앰프들(1300_1~1300_4) 각각은 대응하는 매치 라인의 전압을 감지하여, 코드워드와 저장된 데이터의 매치 결과(또는 비교 결과)를 우선 순위 인코더(1400)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 매치 앰프들(1300_1~1300_4) 각각은 대응하는 매치 라인이 매치된 경우, 전원 전압(VDD)을 출력할 수 있다. 매치 앰프들(1300_1~1300_4) 각각은 대응하는 매치 라인이 미스 매치된 경우, 접지 전압(GND)을 출력할 수 있다. 단, 본 개시의 범위가 이에 제한되지 않는다. Each of the match amplifiers 1300_1 to 1300_4 of the amplifier 1300 can detect the voltage of the corresponding match line and output the match result (or comparison result) of the codeword and the stored data to the priority encoder 1400. . For example, each of the match amplifiers 1300_1 to 1300_4 may output a power supply voltage (VDD) when the corresponding match line is matched. Each of the match amplifiers 1300_1 to 1300_4 may output a ground voltage (GND) when the corresponding match line is mismatched. However, the scope of the present disclosure is not limited thereto.

일 실시 예에서, 매치 앰프들(1300_1~1300_4) 각각은 대응하는 매치 라인의 방전되는 속도 또는 충전되는 속도를 기반으로, 코드워드 및 저장된 데이터의 불일치(또는 미스 매치) 비트 수를 판단하고, 이를 출력할 수 있다. In one embodiment, each of the match amplifiers 1300_1 to 1300_4 determines the number of mismatch (or mismatch) bits of the codeword and stored data based on the discharge rate or charge rate of the corresponding match line, and determines the number of mismatch bits. Can be printed.

일 실시 예에서, CAM 장치(1000)는 미스 매치 비율 출력 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다. 미스 매치 비율 출력 회로는 앰프(1300) 및 우선 순위 인코더(1400) 사이에 배치될 수 있다. 미스 매치 비율 출력 회로는 매치 앰프들(1300_1~1300_4) 각각에서 출력 되는 앰프 출력 라인들(OA1~OA4) 각각의 전압 강하(또는 전압 상승, 매치 앰프의 구현에 따라 달라짐)가 일어나는 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단할 수 있다. In one embodiment, the CAM device 1000 may further include a mismatch ratio output circuit (not shown). A mismatch rate output circuit may be placed between amplifier 1300 and priority encoder 1400. The mismatch ratio output circuit generates mismatch through the time difference between the voltage drops (or voltage increases, depending on the implementation of the match amplifier) of each of the amplifier output lines (OA1 to OA4) output from each of the match amplifiers (1300_1 to 1300_4). The number of bits can be determined.

일 실시 예에서, 매치 앰프들(1300_1~1300_4) 각각은 대응하는 매치 라인의 방전 속도(또는 충전 속도)가 증가할수록 불일치 비트 수가 증가된다고 판단할 수 있다. 미스 매치 비율 출력 회로는 앰프 출력 라인의 전압 강하(또는 전압 상승)이 빠른 시간 내에 일어날수록 불일치 비트 수가 증가된다고 판단할 수 있다. In one embodiment, each of the match amplifiers 1300_1 to 1300_4 may determine that the number of mismatch bits increases as the discharge rate (or charge rate) of the corresponding match line increases. The mismatch ratio output circuit may determine that the faster the voltage drop (or voltage rise) of the amplifier output line occurs, the more the number of mismatch bits increases.

예를 들어, 코드워드는 “11 10 01 00”이고, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터는 “11 10 01 00”이고, 제2 메모리 셀 그룹(1200_2)에 저장된 데이터는 “11 10 01 11”이고, 제3 메모리 셀 그룹(1200_3)에 저장된 데이터는 “00 01 10 11”이고, 제4 메모리 셀 그룹(1200_4)에 저장된 데이터는 “XX XX 01 00”인 것으로 가정한다. For example, the codeword is “11 10 01 00”, the data stored in the first memory cell group (1200_1) is “11 10 01 00”, and the data stored in the second memory cell group (1200_2) is “11 10”. 01 11”, the data stored in the third memory cell group 1200_3 is “00 01 10 11”, and the data stored in the fourth memory cell group 1200_4 is “XX XX 01 00”.

드라이버(1100)는 코드워드의 첫 번째 코드 '11'에 대응하는 전압을 제1 서치 라인(SL1)에 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 드라이버(1100)는 코드워드의 두 번째 코드 '10'에 대응하는 전압을 제2 서치 라인(SL2)에 제공하고, 세 번째 코드 '01'에 대응하는 전압을 제3 서치 라인(SL3)에 제공하고, 네 번째 코드 '00'에 대응하는 전압을 제4 서치 라인(SL4)에 제공할 수 있다.The driver 1100 may provide a voltage corresponding to the first code '11' of the codeword to the first search line SL1. Similarly, the driver 1100 provides a voltage corresponding to the second code '10' of the codeword to the second search line (SL2), and provides a voltage corresponding to the third code '01' to the third search line (SL2). SL3), and the voltage corresponding to the fourth code '00' may be provided to the fourth search line (SL4).

제1, 제5, 제9, 및 제13 메모리 셀들(C11, C21, C31, C41)은 각각 제1 서치 라인(SL1)을 통해 코드워드의 첫 번째 코드 '11'를 제공받을 수 있다. 제2, 제6, 제10, 및 제14 메모리 셀들(C12, C22, C32, C42)은 각각 제2 서치 라인(SL2)을 통해 두 번째 코드 '10'를 제공받을 수 있다. 제3, 제7, 제11, 및 제15 메모리 셀들(C13, C23, C33, C43)은 각각 제3 서치 라인(SL3)을 통해 세 번째 코드 '01'를 제공받을 수 있다. 제4, 제8, 제12, 및 제16 메모리 셀들(C14, C24, C34, C44)은 각각 제4 서치 라인(SL4)을 통해 네 번째 코드 '00'를 제공받을 수 있다. The first, fifth, ninth, and thirteenth memory cells C11, C21, C31, and C41 may each receive the first code '11' of the codeword through the first search line SL1. The second, sixth, tenth, and fourteenth memory cells C12, C22, C32, and C42 may each receive a second code '10' through the second search line SL2. The third, seventh, eleventh, and fifteenth memory cells C13, C23, C33, and C43 may each receive the third code '01' through the third search line SL3. The fourth, eighth, twelfth, and sixteenth memory cells C14, C24, C34, and C44 may each receive the fourth code '00' through the fourth search line SL4.

제1 내지 제16 메모리 셀들(C11~C44)은 각각 저장된 데이터가 제공된 코드와 매치되는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시 예에서, 이전의 데이터 검색 동작 이후 최근의 검색 동작 전에, 매치 라인(ML1, ML2, ML3, ML4)은 각각 전원 전압(VDD)(또는 고전압)으로 프리차지(precharge)될 수 있다. The first to sixteenth memory cells C11 to C44 can each determine whether the stored data matches the provided code. In one embodiment, after a previous data search operation and before a recent search operation, the match lines ML1, ML2, ML3, and ML4 may each be precharged with the power supply voltage VDD (or a high voltage).

제1 메모리 셀 그룹(1200_1)은 저장된 데이터 '11 10 01 00'를 코드워드와 비교할 수 있다. 저장된 데이터 '11 10 01 00'의 비트가 코드워드 '11 10 01 00'의 비트와 각각 매치되므로, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)은 제1 매치 라인(ML1)을 디스차지(discharge)(또는 방전)하지 않을 수 있다. 제 2 메모리 셀 그룹(1200_2)에 저장된 데이터 '11 10 01 11'은 코드워드 '11 10 01 00'와 매치되지 않으므로, 제2 메모리 셀 그룹(1200_2)은 제2 매치 라인(ML2)을 접지 전압(GND)으로 디스차지할 수 있다. 제3 메모리 셀 그룹(1200_3)에 저장된 데이터 '00 01 10 11'은 코드워드 '11 10 01 00'와 매치되지 않으므로, 제3 메모리 셀 그룹(1200_3)은 제3 매치 라인(ML3)을 디스차지할 수 있다. 제4 메모리 셀 그룹(1200_4)에 저장된 데이터 'XX XX 01 00'가 코드워드 '11 10 01 00'와 매치되므로, 제4 메모리 셀 그룹(1200_4)은 제4 매치 라인(ML4)을 디스차지하지 않을 수 있다. The first memory cell group 1200_1 can compare the stored data '11 10 01 00' with the codeword. Since the bits of the stored data '11 10 01 00' each match the bits of the codeword '11 10 01 00', the first memory cell group 1200_1 discharges (or discharge) may not occur. Since the data '11 10 01 11' stored in the second memory cell group 1200_2 does not match the codeword '11 10 01 00', the second memory cell group 1200_2 connects the second match line ML2 to the ground voltage. It can be discharged to (GND). Since the data '00 01 10 11' stored in the third memory cell group 1200_3 does not match the codeword '11 10 01 00', the third memory cell group 1200_3 cannot discharge the third match line ML3. You can. Since the data 'XX XX 01 00' stored in the fourth memory cell group 1200_4 matches the codeword '11 10 01 00', the fourth memory cell group 1200_4 does not discharge the fourth match line ML4. It may not be possible.

제1 및 제4 매치 앰프(1300_1, 1300_4)는 각각 매치 라인(ML1, ML4)으로부터 방전되지 않은 전원 전압(VDD)(혹은 고전압)을 제공받고, 매치 결과를 앰프 출력 라인(OA1, OA4)으로 출력한다. 또한, 제2 및 제3 매치 앰프(1300_2, 1300_3)는 각각 매치 라인(ML2, ML3)으로부터 방전된 접지 전압(GND)을 제공받고, 매치 결과를 앰프 출력 라인(OA2, OA3)으로 출력한다.The first and fourth match amplifiers (1300_1, 1300_4) receive undischarged power supply voltage (VDD) (or high voltage) from the match lines (ML1, ML4), respectively, and send the match results to the amplifier output lines (OA1, OA4). Print out. Additionally, the second and third match amplifiers 1300_2 and 1300_3 receive the discharged ground voltage (GND) from the match lines ML2 and ML3, respectively, and output the match results to the amplifier output lines OA2 and OA3.

예를 들어, 우선 순위 알고리즘에 따라, 우선 순위 인코더(1400)는 더 적은 돈 케어(D.C) 비트가 저장된 메모리 셀 그룹의 우선 순위를 높게 설정할 수 있다. 이 경우, 우선 순위 인코더(1400)는 매치된 데이터를 갖는 제1 및 제4 메모리 셀 그룹(1200_1, 1200_4) 중 더 적은 돈 케어(D.C) 비트를 갖는 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 어드레스를 매치 어드레스(ML_add)로서 출력할 수 있다. 다만, 본 개시는 상술한 알고리즘에 제한되지 않는다.For example, according to the priority algorithm, the priority encoder 1400 may set the priority of the memory cell group in which fewer Don Care (D.C.) bits are stored to be higher. In this case, the priority encoder 1400 determines the address of the first memory cell group 1200_1 with fewer don care (D.C.) bits among the first and fourth memory cell groups 1200_1 and 1200_4 with matched data. It can be output as a match address (ML_add). However, the present disclosure is not limited to the above-described algorithm.

상술된 바와 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 CAM 장치(1000)의 메모리 셀은 FeTFET를 포함할 수 있으며, 매치 결과 및 불일치 비트 수를 판단하여 출력할 수 있다. 이에 따라, 개선된 CAM 장치(1000)가 제공된다. As described above, the memory cell of the CAM device 1000 according to an embodiment of the present disclosure may include a FeTFET, and the match result and the number of mismatch bits may be determined and output. Accordingly, an improved CAM device 1000 is provided.

도 2a는 MOSFET 기반의 내용 주소화 메모리 장치의 예를 보여주는 도면이다. 간략하게 설명하면, 매치 라인(ML)이 구비되고, 매치 라인과 연결된 두개의 MOSFET 소자(TR1, TR2)가 병렬로 배치된다. 그리고, 두개의 MOSFET 소자에 각각 서치 라인(SL) 및 상보 서치 라인(또는 서치 라인 바)(/SL)가 연결된다. 그리고, 매치 라인에 VDD 전압을 인가하는 프리차지부(PRE)와 센스 증폭기(Sense Amplifier)로부터 감지된 신호를 출력하는 출력단(OA)을 더 포함한다.Figure 2a is a diagram showing an example of a MOSFET-based content addressable memory device. Briefly, a match line (ML) is provided, and two MOSFET elements (TR1 and TR2) connected to the match line are arranged in parallel. Additionally, a search line (SL) and a complementary search line (or search line bar) (/SL) are connected to the two MOSFET elements, respectively. In addition, it further includes a precharge unit (PRE) that applies the VDD voltage to the match line and an output stage (OA) that outputs a signal detected from a sense amplifier.

이하에서, 설명의 편의를 위하여, “센스 증폭기," 매치 앰프" 등의 용어들이 상호 교환적으로 사용된다. 이러한 용어들은 실시 예들의 맥락에 따라 동일한 의미를 갖거나 또는 서로 다른 의미를 가질 수 있으며, 각 용어들의 의미는 기재될 실시 예들의 맥락에 따라 이해될 것이다Hereinafter, for convenience of explanation, terms such as “sense amplifier” and “match amplifier” are used interchangeably. These terms may have the same meaning or different meanings depending on the context of the embodiments, and the meaning of each term will be understood according to the context of the embodiments to be described.

도 2b는 도 2a의 내용 주소화 메모리 장치의 MOSFET 소자 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 2b의 그래프 (i)은 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 드레인 전류(ID)를 나타낸 것이고, 도 2b의 그래프(ii)는 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 센스 증폭기 출력단의 전압(VOA)을 나타낸 것이다.FIG. 2B is a graph for explaining MOSFET device characteristics of the content addressable memory device of FIG. 2A. Graph (i) of FIG. 2B shows the drain current (ID) against the gate voltage (VSL) applied through the search line, and graph (ii) of FIG. 2B shows the drain current (ID) against the gate voltage (VSL) applied through the search line. This shows the voltage (VOA) at the output stage of the sense amplifier.

도 2b를 참조하면, 특정 전압 구간(Va와 Vb사이의 구간)을 제외한 구간에서는 두개의 트랜지스터가 상반된 전압을 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같이 MOSFET 소자는 게이트 전압이 문턱 전압보다 높고 낮음에 따라 전류를 흐르게 하거나 차단하는 하이 패스 필터(high-pass filter) 또는 로우 패스 필터(low-pass filter)의 구현을 위해서 도 2a과 같이 두 가지 MOSFET 소자를 병렬로 조합하는 구성이 필수적이다.Referring to FIG. 2b, it can be seen that the two transistors have opposing voltages in sections excluding a specific voltage section (the section between Va and Vb). In this way, the MOSFET device has two types as shown in Figure 2a to implement a high-pass filter or low-pass filter that allows or blocks current according to the gate voltage being higher or lower than the threshold voltage. A configuration that combines MOSFET elements in parallel is essential.

도 3은 도 1의 CAM 장치의 일부의 예를 나타내는 블록도이다. 설명의 편의 및 도면의 간결성을 위하여, 도 3에서 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)만 도시된다. 나머지 메모리 셀 그룹들(1200_2~1200_4)은 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)과 동일 또는 유사할 수 있다. 도 3을 참조하여, precharge-high 방식이 설명된다. FIG. 3 is a block diagram showing an example of a portion of the CAM device of FIG. 1. For convenience of explanation and brevity of drawings, only the first memory cell group 1200_1 is shown in FIG. 3 . The remaining memory cell groups 1200_2 to 1200_4 may be the same or similar to the first memory cell group 1200_1. Referring to Figure 3, the precharge-high scheme is explained.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제1 내지 제4 메모리 셀들(C11~C14) 각각은 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET; Ferroelectric-Tunnel-FET)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀(C11)은 제1 FeTFET(FT11)를 포함하고, 제2 메모리 셀(C12)은 제2 FeTFET(FT12)를 포함하고, 제3 메모리 셀(C13)은 제3 FeTFET(FT13)를 포함하고, 제4 메모리 셀(C14)은 제4 FeTFET(FT14)를 포함할 수 있다. 제1 FeTFET(FT11)의 게이트는 제1 서치 라인(SL1)과 연결되고, 제2 FeTFET(FT12)의 게이트는 제2 서치 라인(SL2)과 연결되고, 제3 FeTFET(FT13)의 게이트는 제3 서치 라인(SL3)과 연결되고, 제4 FeTFET(FT14)의 게이트는 제4 서치 라인(SL4)과 연결될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3 , each of the first to fourth memory cells C11 to C14 may include a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET). For example, the first memory cell C11 includes a first FeTFET (FT11), the second memory cell C12 includes a second FeTFET (FT12), and the third memory cell C13 includes a third FeTFET (FT11). It includes a FeTFET (FT13), and the fourth memory cell (C14) may include a fourth FeTFET (FT14). The gate of the first FeTFET (FT11) is connected to the first search line (SL1), the gate of the second FeTFET (FT12) is connected to the second search line (SL2), and the gate of the third FeTFET (FT13) is connected to the first search line (SL1). 3 may be connected to the search line (SL3), and the gate of the fourth FeTFET (FT14) may be connected to the fourth search line (SL4).

제1 FeTFET(FT11)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND)(또는 특정 전압, 예를 들어, VSS) 사이에 연결되고, 제2 FeTFET(FT12)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되고, 제3 FeTFET(FT13)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되고, 제4 FeTFET(FT14)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. The first FeTFET (FT11) is connected between the first match line (ML1) and the ground voltage (GND) (or a specific voltage, for example, VSS), and the second FeTFET (FT12) is connected to the first match line (ML1) and the ground voltage (GND), the third FeTFET (FT13) is connected between the first match line (ML1) and the ground voltage (GND), and the fourth FeTFET (FT14) is connected to the first match line (ML1) and a ground voltage (GND).

CAM 장치(1000)는 제1 프리차지 트랜지스터(PT1)를 더 포함할 수 있다. 제1 프리차지 트랜지스터(PT1)는 전원 전압(VDD) 및 제1 매치 라인(ML1) 사이에 연결되고, 상보 프리차지 신호(/PRE)에 응답하여 동작할 수 있다. 제1 프리차지 트랜지스터(PT1)는 상보 프리차지 신호(/PRE)에 응답하여 제1 매치 라인(ML1)을 전원 전압(VDD)로 프리차지할 수 있다. 예를 들어, 제1 프리차지 트랜지스터(PT1)는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1) 및 앰프 출력 라인(OA1) 사이에 연결될 수 있다. The CAM device 1000 may further include a first precharge transistor PT1. The first precharge transistor PT1 is connected between the power supply voltage VDD and the first match line ML1, and may operate in response to the complementary precharge signal /PRE. The first precharge transistor PT1 may precharge the first match line ML1 with the power supply voltage VDD in response to the complementary precharge signal /PRE. For example, the first precharge transistor PT1 may be a PMOS transistor. The first match amplifier 1300_1 may be connected between the first match line ML1 and the amplifier output line OA1.

일 실시 예에서, 이전 데이터 검색 동작 이후 최근의 검색 동작 이전에 제1 매치 라인(ML1)은 상보 프리차지 신호(/PRE)에 응답하여 전원 전압(VDD)으로 프리차지될 수 있다. 제1 내지 제4 메모리 셀들(C11~C14)은 대응하는 서치 라인들에 응답하여 턴-온 되거나 턴-오프 됨으로써, 제1 매치 라인(ML1)에 대한 방전 경로(discharge path)가 생성되거나 차단되는 동작이 수행될 수 있다. In one embodiment, after the previous data search operation and before the latest search operation, the first match line ML1 may be precharged with the power supply voltage VDD in response to the complementary precharge signal /PRE. The first to fourth memory cells C11 to C14 are turned on or turned off in response to the corresponding search lines, thereby creating or blocking a discharge path to the first match line ML1. An action can be performed.

검색하고자 하는 코드워드가 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와 매치(또는 일치)되는 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 프리차지된 전압을 유지할 수 있다. 또는 돈 케어(D.C) 비트의 데이터가 저장된 셀의 데이터를 검색하는 경우, 코드워드와 관계없이, 제1 매치 라인(ML1)은 프리차지된 전압을 유지할 수 있다. 또한, 코드워드가 저장된 데이터와 미스 매치(또는 불일치)되는 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 방전될 수 있다. When the codeword to be searched matches (or matches) data stored in the first memory cell group 1200_1, the first match line ML1 may maintain the precharged voltage. Alternatively, when searching for data of a cell in which data of the don care (D.C.) bit is stored, the first match line ML1 may maintain the precharged voltage, regardless of the codeword. Additionally, if the codeword mismatches (or does not match) the stored data, the first match line ML1 may be discharged.

일 실시 예에서, 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)의 전압 레벨을 기반으로 코드워드 및 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와의 일치/불일치 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)이 전원 전압(VDD)을 유지한다고 판별한 경우, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와 코드워드가 일치하다고 판별할 수 있다. 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)이 방전된다고 판별한 경우, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와 코드워드가 불일치하다고 판별할 수 있다. In one embodiment, the first match amplifier 1300_1 may determine whether there is a match/mismatch between the codeword and the data stored in the first memory cell group 1200_1 based on the voltage level of the first match line ML1. there is. For example, when the first match amplifier 1300_1 determines that the first match line ML1 maintains the power supply voltage VDD, it determines that the data stored in the first memory cell group 1200_1 matches the codeword. can do. When the first match amplifier 1300_1 determines that the first match line ML1 is discharged, it may determine that the data stored in the first memory cell group 1200_1 and the codeword do not match.

상술된 바와 같이, 검색 동작 이전에 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 제1 매치 라인(ML1)은 전원 전압(VDD)(또는 고전압)으로 프리차지(또는 충전)되고, 저장된 데이터와 검색 데이터의 일치/불일치(match/mismatch)에 따라 제1 매치 라인(ML1)이 프리차지된 전압이 유지되거나 방전될 수 있다. As described above, before the search operation, the first match line ML1 of the first memory cell group 1200_1 is precharged (or charged) with the power supply voltage VDD (or high voltage), and the stored data and the search data are Depending on the match/mismatch, the precharged voltage of the first match line ML1 may be maintained or discharged.

도 4는 도 3의 제1 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터 소자의 예를 보여주는 도면이다. 제1 내지 제4 FeTFET들(FT11~FT14) 각각은 서로 실질적으로 동일하게 구성되고, 실질적으로 동일하게 동작한다. 따라서, 설명의 편의를 위해, 제1 FeTFET(FT11)을 예로서 설명되며, 나머지 셀들(FT12~FT14)은 제1 FeTFET(FT11)과 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. FIG. 4 is a diagram showing an example of the first ferroelectric tunnel field effect transistor device of FIG. 3. Each of the first to fourth FeTFETs (FT11 to FT14) is configured substantially the same as each other and operates substantially the same. Therefore, for convenience of explanation, the first FeTFET (FT11) is used as an example, and since the remaining cells (FT12 to FT14) are the same or similar to the first FeTFET (FT11), detailed description thereof is omitted.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 FeTFET(FT11) 소자는 반도체 기판(400)에 일정거리 떨어져 형성된 제1 도핑 영역(410)과 제2 도핑 영역(420)을 포함하고, 제1 도핑 영역(410)과 제2 도핑 영역(420) 사이에 형성된 채널 영역(430), 채널 영역(430) 상에 형성된 게이트(440)로 구성될 수 있다. 즉, 제1 FeTFET(FT11)는 반도체 기판(400)에 형성된 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430)을 포함할 수 있다. 제1 FeTFET(FT11)는 게이트(440), 제1 전극(450), 및 제2 전극(460)을 더 포함할 수 있다. Referring to Figures 3 and 4, the first FeTFET (FT11) device includes a first doped region 410 and a second doped region 420 formed at a certain distance apart from the semiconductor substrate 400, and the first doped region It may be composed of a channel region 430 formed between 410 and the second doped region 420, and a gate 440 formed on the channel region 430. That is, the first FeTFET (FT11) may include a first doped region 410, a second doped region 420, and a channel region 430 formed on the semiconductor substrate 400. The first FeTFET (FT11) may further include a gate 440, a first electrode 450, and a second electrode 460.

예를 들어, 반도체 기판(400)은 반도체 웨이퍼, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator) 기판, 반도체 기판 상에 형성된 반도체 층 등과 같은 적절한 반도체 기판일 수 있다. 반도체 기판(400)이 실리콘 기판일 수 있지만, 본 개시의 범위가 이에 한정되지 아니하며, 반도체 기판(400)은 다른 반도체 물질들이 사용될 수도 있다. For example, the semiconductor substrate 400 may be any suitable semiconductor substrate, such as a semiconductor wafer, a silicon-on-insulator substrate, a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, etc. Although the semiconductor substrate 400 may be a silicon substrate, the scope of the present disclosure is not limited thereto, and other semiconductor materials may be used as the semiconductor substrate 400.

일 실시 예에서, 반도체 기판(400)은 P형 불순물이 제1 도핑 영역(410)보다 약하게 도핑되거나 (P- 영역) 도핑되지 않은 진성영역(intrinsic region)으로 형성될 수 있다. 또는 반도체 기판(400)은 N형 불순물이 제2 도핑 영역(420)보다 약하게 도핑되거나(N- 영역) 도핑되지 않은 진성영역으로 형성될 수도 있다. 즉, 반도체 기판(400)은 진성(i-형) 실리콘 기판일 수 있다. In one embodiment, the semiconductor substrate 400 may be doped with P-type impurities more lightly than the first doped region 410 (P- region) or may be formed as an undoped intrinsic region. Alternatively, the semiconductor substrate 400 may be doped with N-type impurities more lightly than the second doped region 420 (N- region) or may be formed as an undoped intrinsic region. That is, the semiconductor substrate 400 may be an intrinsic (i-type) silicon substrate.

일 실시 예에서, 제1 도핑 영역(410)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도핑 영역(410)은 P+형을 가질 수 있다. 제1 도핑 영역(410)은 제1 도핑 농도를 가질 수 있다. 제1 도핑 영역(410)은 소스 영역일 수 있다. 제2 도핑 영역(420)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 도핑 영역(420)은 N+형을 가질 수 있다. 제2 도핑 영역(420)은 제2 도핑 농도를 가질 수 있다. 제2 도핑 영역(420)은 드레인 영역일 수 있다. In one embodiment, the first doped region 410 may have a first conductivity type. For example, the first doped region 410 may have a P+ type. The first doped region 410 may have a first doping concentration. The first doped region 410 may be a source region. The second doped region 420 may have a second conductivity type. For example, the second doped region 420 may have an N+ type. The second doped region 420 may have a second doping concentration. The second doped region 420 may be a drain region.

제1 도핑 영역(410) 및 제2 도핑 영역(420)은 제1 방향(D1)을 따라서 이격될 수 있다. 제1 도핑 영역(410) 및 제2 도핑 영역(420)은 제1 방향(D1)과 수직된 제2 방향(D2)의 반대 방향을 따라서 연장될 수 있다. The first doped region 410 and the second doped region 420 may be spaced apart from each other along the first direction D1. The first doped region 410 and the second doped region 420 may extend along a direction opposite to the second direction D2 perpendicular to the first direction D1.

일 실시 예에서, 턴-온 동작 및 이극성(또는 양극성)(ambipolar) 동작을 개선시키기 위해, 제1 도핑 영역(410)의 도핑 농도는 조정(또는 조절, 변경)되거나, 제2 도핑 영역(420)의 도핑 농도는 조정될 수 있다. 제1 도핑 영역(410)은 제1 도핑 농도보다 높은 제3 도핑 농도를 가질 수 있다. 또는 제2 도핑 영역(420)은 제2 도핑 농도 보다 높은 제4 도핑 농도를 가질 수 있다. In one embodiment, to improve turn-on operation and bipolar (or ambipolar) operation, the doping concentration of the first doped region 410 is adjusted (or adjusted, changed) or the doping concentration of the second doped region 410 ( The doping concentration of 420) can be adjusted. The first doped region 410 may have a third doping concentration that is higher than the first doping concentration. Alternatively, the second doped region 420 may have a fourth doping concentration that is higher than the second doping concentration.

채널 영역(430)은 P형 불순물이 제1 도핑 영역(410)보다 약하게 도핑되거나 (P- 영역) 도핑되지 않은 진성영역(intrinsic region)으로 형성될 수 있다. 또는 채널 영역(430)은 N형 불순물이 제2 도핑 영역(420)보다 약하게 도핑되거나(N- 영역) 도핑되지 않은 진성영역으로 형성될 수도 있다.The channel region 430 may be doped with P-type impurities more lightly than the first doped region 410 (P- region) or may be formed as an undoped intrinsic region. Alternatively, the channel region 430 may be doped with N-type impurities more lightly than the second doped region 420 (N- region) or may be formed as an undoped intrinsic region.

게이트(440)는 채널 영역(430)의 상면에 배치될 수 있다. 게이트(440)는 게이트 절연층(440a), 강유전체층(440b) 및 게이트 전극층(440c)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 게이트(440)는 차례로 적층된 게이트 절연층(440a), 강유전체청(440b), 및 게이트 전극층(440c)을 포함할 수 있다. 게이트(440)는 채널 영역(430)의 상면의 일부를 덮을 수 있다The gate 440 may be disposed on the upper surface of the channel region 430. The gate 440 may be formed by sequentially stacking a gate insulating layer 440a, a ferroelectric layer 440b, and a gate electrode layer 440c. That is, the gate 440 may include a gate insulating layer 440a, a ferroelectric layer 440b, and a gate electrode layer 440c that are sequentially stacked. The gate 440 may cover a portion of the top surface of the channel region 430.

이때, 강유전체층(440b)은 PZT(Pb(Zr,Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9), SBTN(SrBi2(Ta,Nb)O9), BLT((Bix,La1- x)4Ti3O12) 및 BST(BaxSr(1-x)TiO3), 하프늄옥사이드 (Hf0O2), 실리콘이 첨가된 하프늄옥사이드(HfO2/Si), 알루미늄이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Al), 지르코늄이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Zr) 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하여 형성할 수 있다.At this time, the ferroelectric layer 440b is PZT(Pb(Zr,Ti)O 3 ), SBT(SrBi 2 Ta 2 O 9 ), SBTN(SrBi 2 (Ta,Nb)O 9 ), BLT((Bix,La1- x) 4 Ti 3 O 12 ) and BST (BaxSr(1-x)TiO 3 ), hafnium oxide (Hf0O 2 ), hafnium oxide with silicon added (HfO 2 /Si), hafnium oxide with aluminum added (HfO 2 /Al), zirconium-added hafnium oxide (HfO 2 /Zr), or a combination thereof.

제1 전극(450)은 제1 도핑 영역(410) 상면에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 전극(450)은 소스 전극일 수 있다. 제2 전극(460)은 제2 도핑 영역(420) 상면에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 전극(460)은 드레인 전극일 수 있다. The first electrode 450 may be disposed on the first doped region 410 . In one embodiment, the first electrode 450 may be a source electrode. The second electrode 460 may be disposed on the second doped region 420 . In one embodiment, the second electrode 460 may be a drain electrode.

일 실시 예에서, 제1 FeTFET(FT11)는 밴드간 터널링(band-to-band tunneling) 현상을 이용하는 터널 전계 효과 트랜지스터(Tunnel Field-Effect Transistor; TFET)일 수 있다. 즉, 제1 FeTFET(FT11)는 강유전체층을 포함하는 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET; Ferroelectric-Tunnel-FET)일 수 있다. 제1 FeTFET(FT11)는 서로 반대의 도전형을 갖는 제1 도핑 영역(410) 및 제2 도핑 영역(420)을 가지며, 게이트(440)에 인가되는 바이어스에 의해 전류 흐름이 제어될 수 있다.In one embodiment, the first FeTFET (FT11) may be a tunnel field-effect transistor (TFET) that uses a band-to-band tunneling phenomenon. That is, the first FeTFET (FT11) may be a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET) including a ferroelectric layer. The first FeTFET (FT11) has a first doped region 410 and a second doped region 420 having opposite conductivity types, and current flow can be controlled by a bias applied to the gate 440.

제1 FeTFET(FT11)는 p형의 소스 영역(즉, 제1 도핑 영역(410)), n형의 드레인 영역(즉, 제2 도핑 영역(420)) 및 이들 사이에 진성(intrinsic) 상태의 채널 영역(430)을 포함할 수 있다. 소스 및 드레인 영역들 및 게이트에 바이어스가 인가되지 않은 상태, 즉, 열적 평형(thermal equilibrium) 상태에서, 소스 영역의 p형 페르미 준위와 드레인 영역의 n형 페르미 준위가 다르기 때문에, 가전자 대역 및 전자 대역의 에너지 레벨이 드레인 영역에서 보다 소스 영역에서 높을 수 있다. 즉, 소스 영역의 에너지 레벨이 채널 영역의 에너지 레벨보다 높고, 드레인 영역의 에너지 레벨은 채널 영역의 에너지 레벨보다 낮을 수 있다.The first FeTFET (FT11) has a p-type source region (i.e., first doped region 410), an n-type drain region (i.e., second doped region 420), and an intrinsic state between them. It may include a channel area 430. In a state where no bias is applied to the source and drain regions and the gate, that is, in a state of thermal equilibrium, the p-type Fermi level of the source region and the n-type Fermi level of the drain region are different, so the valence band and electron The energy level of the band may be higher in the source region than in the drain region. That is, the energy level of the source region may be higher than the energy level of the channel region, and the energy level of the drain region may be lower than the energy level of the channel region.

소스 영역과 드레인 영역 사이에 역 바이어스(reverse bias)가 인가되고, 게이트에 턴-오프 전압(예를 들어, 0v)가 인가되는 경우, 즉, 채널 영역에 전계가 인가되지 않는 턴-오프 상태에서, 소스 영역과 드레인 영역 사이에 넓은 전위 장벽이 존재하므로, 전하의 터널링 현상은 발생하지 않으며, 소스 영역과 드레인 영역 사이에 임계 전류 이상의 전류 흐름은 발생하지 않을 수 있다. 단, 소스 및 드레인 영역들 사이에 미세한 누설전류 흐름은 존재할 수 있다.When a reverse bias is applied between the source and drain regions and a turn-off voltage (for example, 0v) is applied to the gate, that is, in a turn-off state in which no electric field is applied to the channel region. , Since a wide potential barrier exists between the source region and the drain region, tunneling of charges does not occur, and a current flow greater than a critical current may not occur between the source region and the drain region. However, a slight leakage current flow may exist between the source and drain regions.

소스 영역과 드레인 영역 사이에 역 바이어스가 인가되고, 게이트 전극에 임계 전압 이상의 게이트 전압이 인가되는 경우, 즉, 채널 영역에 전계가 인가되는 턴-온 상태에서, 채널 영역과 소스 영역 사이의 전위 장벽이 좁아져 소스 영역의 가전자 대역에서 채널 영역의 전도 대역으로 전자들이 양자역학적으로 터널링되는 밴드간 터널링(band-to band tunneling) 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 소스 영역과 드레인 영역 사이에 전류 흐름이 발생할 수 있다.When a reverse bias is applied between the source region and the drain region and a gate voltage above the threshold voltage is applied to the gate electrode, that is, in the turn-on state in which an electric field is applied to the channel region, the potential barrier between the channel region and the source region As this becomes narrower, a band-to-band tunneling phenomenon may occur in which electrons quantum mechanically tunnel from the valence band of the source region to the conduction band of the channel region. Accordingly, current flow may occur between the source region and the drain region.

제1 FeTFET(FT11)는 밴드간 터널링 방식으로 전자나 정공의 흐름을 제어하므로, 게이트 전압(또는 구동 전압)의 미세한 변화에 비해 출력 전류의 변화가 클 수 있다. 즉, 제1 FeTFET(FT11)는 작은 문턱전압 이하에서의 기울기(Subthreshold Swing)를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 FeTFET(FT11)는 저전압 또는 저전력에서 구동 가능한 반도체 소자일 수 있다. Since the first FeTFET (FT11) controls the flow of electrons or holes using an inter-band tunneling method, the change in output current may be large compared to a small change in gate voltage (or driving voltage). That is, the first FeTFET (FT11) may have a subthreshold swing below a small threshold voltage. Accordingly, the first FeTFET (FT11) may be a semiconductor device that can be driven at low voltage or low power.

일 실시 예에서, 반도체 기판(400), 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430)은 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(400), 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430) 각각은 실리콘(silicon)과 같은 반도체 물질, 더 좁은 밴드갭(narrow bandgap)을 갖는 반도체 물질(예를 들어, 실리콘-게르마늄(SiGe), 게르마늄(Ge), 인듐갈륨아세나이드(InGaAs), 인듐아세나이드(InAs)), 또는 직접 밴드갭(direct bandgap)을 갖는 반도체 물질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. In one embodiment, the semiconductor substrate 400, the first doped region 410, the second doped region 420, and the channel region 430 may be formed of a semiconductor material. For example, the semiconductor substrate 400, the first doped region 410, the second doped region 420, and the channel region 430 are each made of a semiconductor material such as silicon, a narrow bandgap, ) (e.g., silicon-germanium (SiGe), germanium (Ge), indium gallium arsenide (InGaAs), indium arsenide (InAs)), or a semiconductor material with a direct bandgap It can be formed by at least one of:

일 실시 예에서, 반도체 기판(400), 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430) 모두 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(400), 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430) 모두 실리콘으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 반도체 기판(400), 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430)은 상이한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(400), 제2 도핑 영역(420), 및 채널 영역(430)은 실리콘으로 형성되고, 제1 도핑 영역(410)은 실리콘-게르마늄(SiGe)으로 형성될 수 있다. 또는 반도체 기판(400), 제1 도핑 영역(410), 및 채널 영역(430)은 실리콘으로 형성되고, 제2 도핑 영역(420)은 인듐아세나이드(InAs)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 FeTFET(FT11) 소자의 밴드 간 터널링(band-to-band tunneling)을 용이하게 하고, 턴-온 전압(VTH)을 감소시킴으로써, CAM 장치(1000)는 턴-온 동작 및 이극성(또는 양극성)(ambipolar) 동작이 개선될 수 있다. In one embodiment, the semiconductor substrate 400, the first doped region 410, the second doped region 420, and the channel region 430 may all be formed of the same material. For example, the semiconductor substrate 400, the first doped region 410, the second doped region 420, and the channel region 430 may all be formed of silicon. In one embodiment, the semiconductor substrate 400, the first doped region 410, the second doped region 420, and the channel region 430 may be formed of different materials. For example, the semiconductor substrate 400, the second doped region 420, and the channel region 430 may be formed of silicon, and the first doped region 410 may be formed of silicon-germanium (SiGe). Alternatively, the semiconductor substrate 400, the first doped region 410, and the channel region 430 may be formed of silicon, and the second doped region 420 may be formed of indium arsenide (InAs). Accordingly, by facilitating band-to-band tunneling of the first FeTFET (FT11) device and reducing the turn-on voltage (V TH ), the CAM device 1000 performs turn-on operation and Bipolar (or ambipolar) operation can be improved.

도 5는 도 4의 제1 FeTFET 소자의 동작 특성을 보여주기 위한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 가로축은 제1 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)을 가리키고, 세로축은 드레인 전류(ID)를 가리킨다. FIG. 5 is a graph showing the operating characteristics of the first FeTFET device of FIG. 4. Referring to FIG. 5, the horizontal axis indicates the gate voltage (VSL) applied through the first search line, and the vertical axis indicates the drain current (ID).

제1 FeTFET 소자는 MOSFET소자와 달리 특정 게이트 전압에서 작은 전류가 흐르고, 이를 벗어난 게이트 전압에서는 높은 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 이러한 FeTFET 소자의 특성을 통해, 본 개시의 실시 예에 따른 CAM 장치의 제1 메모리 셀(C11)은 하나의 트랜지스터만으로도 일치/불일치(Match/Mismatch)의 판별이 가능하게 된다. 이러한 특성을 통해 두 개 이상의 트랜지스터가 배치된 구성을 하나의 트랜지스터만으로 구성할 수 있게 되며, 상보 서치 라인(/SL)을 생략함으로써 CAM 장치의 집적도를 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.It can be seen that, unlike the MOSFET device, the first FeTFET device flows a small current at a certain gate voltage, and a high current flows at a gate voltage beyond this. Through these characteristics of the FeTFET device, the first memory cell C11 of the CAM device according to an embodiment of the present disclosure can determine match/mismatch with only one transistor. Through these characteristics, a configuration in which two or more transistors are arranged can be configured with only one transistor, and the integration of the CAM device can be improved by omitting the complementary search line (/SL).

도 6은 도 3의 제1 메모리 셀 그룹을 포함하는 도 1의 CAM 장치의 동작 방법의 예를 보여주는 순서도이다. 도 1, 도 3, 및 도 6을 참조하면, S110 단계에서, CAM 장치(1000)는 매치 라인을 프리차지할 수 있다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)을 기준으로 설명된다. 제2 내지 제4 메모리 셀 그룹들(1200_2~1200_4)은 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)과 동일 또는 유사하게 동작하므로, 상세한 설명은 생략된다. 예를 들어, CAM 장치(1000)는 제1 매치 라인(ML1)에 전원 전압(VDD)을 인가하여 제1 매치 라인(ML1)을 프리차지할 수 있다. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method of operating the CAM device of FIG. 1 including the first memory cell group of FIG. 3. Referring to FIGS. 1, 3, and 6, in step S110, the CAM device 1000 may precharge the match line. Hereinafter, for convenience of explanation, description will be made based on the first memory cell group 1200_1. Since the second to fourth memory cell groups 1200_2 to 1200_4 operate the same or similar to the first memory cell group 1200_1, detailed descriptions are omitted. For example, the CAM device 1000 may precharge the first match line ML1 by applying the power supply voltage VDD to the first match line ML1.

S120 단계에서, CAM 장치(1000)는 코드워드를 입력할 수 있다. 예를 들어, CAM 장치(1000)의 드라이버(1100)는 코드워드를 복수의 서치 라인들(SL1~SL4)을 통해 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 제공(또는 입력)할 수 있다. CAM 장치(1000)는 복수의 서치 라인들(SL1~SL4)에 코드워드에 대응하는 전압을 인가할 수 있다. In step S120, the CAM device 1000 may input a codeword. For example, the driver 1100 of the CAM device 1000 may provide (or input) a codeword to the first memory cell group 1200_1 through a plurality of search lines SL1 to SL4. The CAM device 1000 may apply a voltage corresponding to a codeword to a plurality of search lines SL1 to SL4.

S130 단계에서, CAM 장치(1000)는 매치 라인 평가 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 메모리 셀들(C11~C14) 각각은 저장된 데이터 및 코드워드를 비교하여 데이터 일치/불일치(또는 매치/미스 매치) 여부를 판단할 수 있다. 코드워드가 '11 10 01 00'인 경우, 제1 메모리 셀(C11)이 '11'을 저장하고, 제2 메모리 셀(C12)이 '00'을 저장한다고 가정한다. 제1 메모리 셀(C11)은 '11'을 저장하므로, 제1 서치 라인(SL1)을 통해 제공된 '11'에 대응하는 전압에 응답하여, 제1 메모리 셀(C11)의 제1 FeTFET(FT11)는 턴-오프 될 수 있다. 즉, 제1 메모리 셀(C11)은 매치될 수 있다. 제2 메모리 셀(C12)은 '00'을 저장하므로, 제2 서치 라인(SL2)을 통해 제공된 '10'에 대응하는 전압에 응답하여, 제2 메모리 셀(C12)의 제2 FeTFET(FT12)는 턴-온 될 수 있다. 즉, 제2 메모리 셀(C12)은 미스 매치될 수 있다. In step S130, the CAM device 1000 may perform a match line evaluation operation. For example, each of the first to fourth memory cells C11 to C14 may compare stored data and codewords to determine whether there is a data match/mismatch (or match/mismatch). When the codeword is '11 10 01 00', it is assumed that the first memory cell C11 stores '11' and the second memory cell C12 stores '00'. Since the first memory cell C11 stores '11', in response to the voltage corresponding to '11' provided through the first search line SL1, the first FeTFET (FT11) of the first memory cell C11 can be turned off. That is, the first memory cell C11 can be matched. Since the second memory cell C12 stores '00', in response to the voltage corresponding to '10' provided through the second search line SL2, the second FeTFET (FT12) of the second memory cell C12 can be turned on. That is, the second memory cell C12 may mismatch.

S140 단계에서, CAM 장치(1000)는 매치 라인의 매치/미스 매치 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, CAM 장치(1000)는 제1 매치 라인(ML1)의 매치/미스 매치 여부를 판단할 수 있다. 매치 라인이 매치된 경우, CAM 장치(1000)는 S150 단계를 수행하고, 매치 라인의 미스 매치된 경우, CAM 장치(1000)는 S160 단계를 수행한다. In step S140, the CAM device 1000 may determine whether the match line matches/mismatches. For example, the CAM device 1000 may determine whether the first match line ML1 is a match/mismatch. If the match line matches, the CAM device 1000 performs step S150, and if the match line mismatches, the CAM device 1000 performs step S160.

S150 단계에서, 매치 라인은 방전되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 메모리 셀들(C11~C14)이 매치된 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 방전되지 않을 수 있다. 즉, 제1 매치 라인(ML1)은 프리차지된 전압(예를 들어, 전원 전압(VDD))을 유지할 수 있다. In step S150, the match line may not be discharged. For example, when all memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 are matched, the first match line ML1 may not be discharged. That is, the first match line ML1 can maintain the precharged voltage (eg, power supply voltage VDD).

S160 단계에서, 매치 라인은 방전될 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 메모리 셀들(C11~C14) 중 적어도 하나가 미스 매치된 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 방전될 수 있다. 즉, 제1 매치 라인(ML1)은 프리차지된 전압에서 접지 전압(GND)으로 감소될 수 있다. In step S160, the match line may be discharged. For example, when at least one of the memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 mismatches, the first match line ML1 may be discharged. That is, the first match line ML1 may be reduced from the precharged voltage to the ground voltage GND.

S170 단계에서, CAM 장치(1000)는 방전 속도(또는 디스차지 속도)를 기반으로 출력 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 메모리 셀들(C11~C14) 중 적어도 하나가 미스 매치된 경우, 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)의 방전 속도를 기반으로 불일치 정도(또는 불일치 비트 수)를 판별할 수 있다. 불일치 정도는 제1 메모리 셀 그룹의 총 메모리 셀들의 개수 및 미스 매치된 메모리 셀들의 개수의 비율을 가리킨다. 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 앰프 출력 라인(OA1)을 통해, 매치 결과 및 불일치 정도를 포함하는 출력 신호를 생성하고, 우선 순위 인코더(1400)로 출력 신호를 전달할 수 있다. In step S170, the CAM device 1000 may generate an output signal based on the discharge rate (or discharge rate). For example, when at least one of the memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 is mismatched, the first match amplifier 1300_1 operates based on the discharge rate of the first match line ML1. The degree of mismatch (or number of mismatch bits) can be determined. The degree of mismatch indicates the ratio of the total number of memory cells in the first memory cell group and the number of mismatched memory cells. The first match amplifier 1300_1 may generate an output signal including the match result and the degree of mismatch through the first amplifier output line OA1, and transmit the output signal to the priority encoder 1400.

도 7a 내지 도 7d는 도 3의 제1 메모리 셀 그룹에 저장된 데이터를 검색하는 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 3, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 제1 메모리 셀(C11)은 '11'을 저장하고, 제2 메모리 셀(C12)은 '10'을 저장하고, 제3 메모리 셀(C13)은 '01'을 저장하고, 제4 메모리 셀(C14)은 '00'을 저장하는 것으로 가정한다. 데이터를 검색하기 위해, 제1 내지 제4 서치 라인들(SL1~SL4)에 코드워드의 로직 값에 따른 전압이 인가될 수 있다. FIGS. 7A to 7D are diagrams for explaining an operation of searching data stored in the first memory cell group of FIG. 3 . 3 and 7A to 7D, the first memory cell C11 stores '11', the second memory cell C12 stores '10', and the third memory cell C13 stores '10'. It is assumed that '01' is stored, and the fourth memory cell C14 stores '00'. To search data, a voltage according to the logic value of the codeword may be applied to the first to fourth search lines SL1 to SL4.

데이터를 검색하기 위해, CAM 장치(1000)는 서치 라인 프리차지 단계, 매치 라인 프리차지 단계, 및 매치 라인 평가 단계를 수행할 수 있다. CAM 장치(1000)는 서치 라인 프리차지 단계에서 서치 라인을 프리차지할 수 있다. 이후에, CAM 장치(1000)는 매치 라인 프리차지 단계에서, 제1 매치 라인(ML1)을 전원 전압(VDD)로 프리차지할 수 있다. 이후에, CAM 장치(1000)는 매치 라인 평가 단계에서, 복수의 서치 라인들(SL1~SL4)에 코드워드에 대응하는 전압을 인가할 수 있다. 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 복수의 메모리 셀들(C11~C14) 중 적어도 하나의 셀에서 미스 매치가 발생할 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 접지 전압(GND)으로 방전될 수 있다. 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 메모리 셀들(C11~C14)이 매치될 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 프리차지된 전압을 유지할 수 있다. To search data, the CAM device 1000 may perform a search line precharge step, a match line precharge step, and a match line evaluation step. The CAM device 1000 may precharge the search line in the search line precharge step. Thereafter, the CAM device 1000 may precharge the first match line ML1 with the power supply voltage VDD in the match line precharge step. Afterwards, the CAM device 1000 may apply a voltage corresponding to the codeword to the plurality of search lines SL1 to SL4 in the match line evaluation step. When a mismatch occurs in at least one of the plurality of memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1, the first match line ML1 may be discharged to the ground voltage GND. When all memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 are matched, the first match line ML1 can maintain the precharged voltage.

제1 케이스(CASE 1)와 같이, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 셀들(C11~C14)이 매치될 수 있다. 예를 들어, 코드워드는 '11 10 01 00'일 수 있다. 제1 메모리 셀(C11)은 '11'을 저장하고, 제1 서치 라인(SL1)을 통해 '11'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제1 메모리 셀(C11)은 매치될 수 있다. 제2 메모리 셀(C12)은 '10'을 저장하고, 제2 서치 라인(SL2)을 통해 '10'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제2 메모리 셀(C12)은 매치될 수 있다. 제3 메모리 셀(C13)은 '01'을 저장하고, 제3 서치 라인(SL3)을 통해 '01'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제3 메모리 셀(C13)은 매치될 수 있다. 제4 메모리 셀(C14)은 '00'을 저장하고, 제4 서치 라인(SL4)을 통해 '00'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제4 메모리 셀(C14)은 매치될 수 있다.As in the first case (CASE 1), all cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 may be matched. For example, the codeword may be '11 10 01 00'. The first memory cell C11 stores '11', and a voltage corresponding to '11' is provided through the first search line SL1, so the first memory cell C11 can be matched. The second memory cell C12 stores '10', and a voltage corresponding to '10' is provided through the second search line SL2, so the second memory cell C12 can be matched. The third memory cell C13 stores '01', and a voltage corresponding to '01' is provided through the third search line SL3, so the third memory cell C13 can be matched. The fourth memory cell C14 stores '00', and a voltage corresponding to '00' is provided through the fourth search line SL4, so the fourth memory cell C14 can be matched.

도 7b는 도 7a의 제1 케이스(CASE 1)의 시간에 따른 제1 매치 라인(ML1)의 전압을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7b의 그래프의 가로축은 시간을 가리키고, 세로축은 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)을 가리킨다. 도 7b를 참조하면, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 프리차지된 전압을 유지할 수 있다. 즉, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 셀들(C11~C14)이 매치되므로, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 방전되지 않을 수 있다. FIG. 7B is a graph for explaining the voltage of the first match line ML1 over time in the first case CASE 1 of FIG. 7A. The horizontal axis of the graph in FIG. 7B indicates time, and the vertical axis indicates the voltage (VML) of the first match line (ML1). Referring to FIG. 7B, the voltage VML of the first match line ML1 may maintain the precharged voltage. That is, since all cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 match, the voltage VML of the first match line ML1 may not be discharged.

제2 케이스(CASE 2)와 같이, 제1 메모리 셀(C11)은 미스 매치되고, 제2 내지 제4 메모리 셀들(C12~C14)은 매치될 수 있다. 예를 들어, 코드워드는 '00 10 01 00'일 수 있다. 제1 메모리 셀(C11)은 '11'을 저장하고, 제1 서치 라인(SL1)을 통해 '00'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제1 메모리 셀(C11)은 미스 매치될 수 있다. 제2 메모리 셀(C12)은 '10'을 저장하고, 제2 서치 라인(SL2)을 통해 '10'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제2 메모리 셀(C12)은 매치될 수 있다. 제3 메모리 셀(C13)은 '01'을 저장하고, 제3 서치 라인(SL3)을 통해 '01'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제3 메모리 셀(C13)은 매치될 수 있다. 제4 메모리 셀(C14)은 '00'을 저장하고, 제4 서치 라인(SL4)을 통해 '00'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제4 메모리 셀(C14)은 매치될 수 있다.As in the second case (CASE 2), the first memory cell C11 may mismatch, and the second to fourth memory cells C12 to C14 may match. For example, the codeword may be '00 10 01 00'. Since the first memory cell C11 stores '11' and a voltage corresponding to '00' is provided through the first search line SL1, the first memory cell C11 may be mismatched. The second memory cell C12 stores '10', and a voltage corresponding to '10' is provided through the second search line SL2, so the second memory cell C12 can be matched. The third memory cell C13 stores '01', and a voltage corresponding to '01' is provided through the third search line SL3, so the third memory cell C13 can be matched. The fourth memory cell C14 stores '00', and a voltage corresponding to '00' is provided through the fourth search line SL4, so the fourth memory cell C14 can be matched.

도 7c는 도 7a의 제2 케이스(CASE 2)의 시간에 따른 제1 매치 라인(ML1)의 전압을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7c의 그래프의 가로축은 시간을 가리키고, 세로축은 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)을 가리킨다. 도 7c를 참조하면, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 접지 전압(GND)으로 방전될 수 있다. 제1 메모리 셀(C11)이 미스 매치되므로, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 프리차지된 전압이 접지 전압(GND)으로 방전될 수 있다. 예를 들어, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 제1 시점(t1)에서 기준 전압(VR)을 가질 수 있다. FIG. 7C is a graph for explaining the voltage of the first match line ML1 over time in the second case CASE 2 of FIG. 7A. The horizontal axis of the graph in FIG. 7C indicates time, and the vertical axis indicates the voltage (VML) of the first match line (ML1). Referring to FIG. 7C, the voltage VML of the first match line ML1 may be discharged to the ground voltage GND. Since the first memory cell C11 is mismatched, the precharged voltage VML of the first match line ML1 may be discharged to the ground voltage GND. For example, the voltage VML of the first match line ML1 may have the reference voltage VR at the first time point t1.

제3 케이스(CASE 3)와 같이, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 셀들(C11~C14)은 미스 매치될 수 있다. 예를 들어, 코드워드는 '00 01 10 11'일 수 있다. 제1 메모리 셀(C11)은 '11'을 저장하고, 제1 서치 라인(SL1)을 통해 '00'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제1 메모리 셀(C11)은 미스 매치될 수 있다. 제2 메모리 셀(C12)은 '10'을 저장하고, 제2 서치 라인(SL2)을 통해 '01'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제2 메모리 셀(C12)은 미스 매치될 수 있다. 제3 메모리 셀(C13)은 '01'을 저장하고, 제3 서치 라인(SL3)을 통해 '10'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제3 메모리 셀(C13)은 미스 매치될 수 있다. 제4 메모리 셀(C14)은 '00'을 저장하고, 제4 서치 라인(SL4)을 통해 '11'에 대응하는 전압이 제공되므로, 제4 메모리 셀(C14)은 미스 매치될 수 있다.As in the third case (CASE 3), all cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 may mismatch. For example, the codeword may be '00 01 10 11'. Since the first memory cell C11 stores '11' and a voltage corresponding to '00' is provided through the first search line SL1, the first memory cell C11 may be mismatched. Since the second memory cell C12 stores '10' and a voltage corresponding to '01' is provided through the second search line SL2, the second memory cell C12 may be mismatched. Since the third memory cell C13 stores '01' and a voltage corresponding to '10' is provided through the third search line SL3, the third memory cell C13 may be mismatched. Since the fourth memory cell C14 stores '00' and a voltage corresponding to '11' is provided through the fourth search line SL4, the fourth memory cell C14 may be mismatched.

도 7d는 도 7a의 제3 케이스(CASE 3)의 시간에 따른 제1 매치 라인(ML1)의 전압을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7d의 그래프의 가로축은 시간을 가리키고, 세로축은 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)을 가리킨다. 도 7d를 참조하면, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 접지 전압(GND)으로 방전될 수 있다. 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 셀들(C11~C14)이 미스 매치되므로, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 프리차지된 전압이 접지 전압(GND)으로 방전될 수 있다. 예를 들어, 제1 매치 라인(ML1)의 전압(VML)은 제1 시점(t1)보다 이른 제2 시점(t2)에서 기준 전압(VR)을 가질 수 있다. FIG. 7D is a graph for explaining the voltage of the first match line ML1 over time in the third case CASE 3 of FIG. 7A. The horizontal axis of the graph in FIG. 7D indicates time, and the vertical axis indicates the voltage (VML) of the first match line (ML1). Referring to FIG. 7D, the voltage VML of the first match line ML1 may be discharged to the ground voltage GND. Since all cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 are mismatched, the precharged voltage VML of the first match line ML1 may be discharged to the ground voltage GND. For example, the voltage VML of the first match line ML1 may have the reference voltage VR at a second time point t2, which is earlier than the first time point t1.

도 8은 도 1의 CAM 장치의 일부의 예를 나타내는 블록도이다. 설명의 편의 및 도면의 간결성을 위하여, 도 8에서 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)만 도시된다. 나머지 메모리 셀 그룹들(1200_2~1200_4)은 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)과 동일 또는 유사할 수 있다. 도 8을 참조하여, Current-race 방식이 설명된다. FIG. 8 is a block diagram showing an example of a portion of the CAM device of FIG. 1. For convenience of explanation and brevity of drawings, only the first memory cell group 1200_1 is shown in FIG. 8 . The remaining memory cell groups 1200_2 to 1200_4 may be the same or similar to the first memory cell group 1200_1. With reference to FIG. 8, the Current-race method is explained.

도 1 및 도 8을 참조하면, 제1 내지 제4 메모리 셀들(C11~C14) 각각은 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀(C11)은 제1 FeTFET(FT11)를 포함하고, 제2 메모리 셀(C12)은 제2 FeTFET(FT12), 제3 메모리 셀(C13)은 제3 FeTFET(FT13)를 포함하고, 제4 메모리 셀(C14)은 제4 FeTFET(FT14)를 포함할 수 있다. 제1 FeTFET(FT11)의 게이트는 제1 서치 라인(SL1)과 연결되고, 제2 FeTFET(FT12)의 게이트는 제2 서치 라인(SL2)과 연결되고, 제3 FeTFET(FT13)의 게이트는 제3 서치 라인(SL3)과 연결되고, 제4 FeTFET(FT14)의 게이트는 제4 서치 라인(SL4)과 연결될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 8 , each of the first to fourth memory cells C11 to C14 may include a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET). For example, the first memory cell C11 includes a first FeTFET (FT11), the second memory cell C12 includes a second FeTFET (FT12), and the third memory cell C13 includes a third FeTFET (FT13). ), and the fourth memory cell C14 may include a fourth FeTFET (FT14). The gate of the first FeTFET (FT11) is connected to the first search line (SL1), the gate of the second FeTFET (FT12) is connected to the second search line (SL2), and the gate of the third FeTFET (FT13) is connected to the first search line (SL1). 3 may be connected to the search line (SL3), and the gate of the fourth FeTFET (FT14) may be connected to the fourth search line (SL4).

제1 FeTFET(FT11)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND)(또는 특정 전압, 예를 들어, VSS) 사이에 연결되고, 제2 FeTFET(FT12)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되고, 제3 FeTFET(FT13)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결되고, 제4 FeTFET(FT14)은 제1 매치 라인(ML1) 및 접지 전압(GND) 사이에 연결될 수 있다. The first FeTFET (FT11) is connected between the first match line (ML1) and the ground voltage (GND) (or a specific voltage, for example, VSS), and the second FeTFET (FT12) is connected to the first match line (ML1) and the ground voltage (GND), the third FeTFET (FT13) is connected between the first match line (ML1) and the ground voltage (GND), and the fourth FeTFET (FT14) is connected to the first match line (ML1) and a ground voltage (GND).

CAM 장치(1000)는 전류원(IML)(또는 전류 소스원(current source)), 제2 프리차지 트랜지스터(PT2), 및 활성화 트랜지스터(ET)를 더 포함할 수 있다. 제2 프리차지 트랜지스터(PT2)는 접지 전압(GND) 및 제1 매치 라인(ML1) 사이에 연결되고, 프리차지 신호(PRE)에 응답하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 프리차지 트랜지스터(PT2)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다. 제2 프리차지 트랜지스터(PT2)는 프리차지 신호(PRE)에 응답하여 제1 매치 라인(ML1)을 접지 전압(GND)으로 프리차지할 수 있다. The CAM device 1000 may further include a current source (IML) (or current source), a second precharge transistor (PT2), and an activation transistor (ET). The second precharge transistor PT2 is connected between the ground voltage GND and the first match line ML1 and may operate in response to the precharge signal PRE. For example, the second precharge transistor PT2 may be an NMOS transistor. The second precharge transistor PT2 may precharge the first match line ML1 to the ground voltage GND in response to the precharge signal PRE.

전류원(IML)은 전원 전압(VDD) 및 활성화 트랜지스터(ET) 사이에 연결될 수 있다. 활성화 트랜지스터(ET)는 전류원(IML) 및 제1 매치 라인(ML1) 사이에 연결되고, 상보 활성화 신호(/EN)에 응답하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 활성화 트랜지스터(ET)는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1) 및 앰프 출력 라인(OA1) 사이에 연결될 수 있다. The current source (IML) may be connected between the power supply voltage (VDD) and the activation transistor (ET). The activation transistor (ET) is connected between the current source (IML) and the first match line (ML1) and may operate in response to the complementary activation signal (/EN). For example, the activation transistor (ET) may be a PMOS transistor. The first match amplifier 1300_1 may be connected between the first match line ML1 and the amplifier output line OA1.

도 3과 다르게, 제1 매치 라인(ML1)은 접지 전압(GND)(또는 특정 전압, 예를 들어, VSS)으로 프리차지될 수 있다. 예를 들어, 특정 전압(VSS)은 접지 전압(GND)과 동일하거나 낮은 레벨의 전압일 수 있다. 다만, 본 개시의 범위가 이에 제한되지 않는다. 전류원(IML)에 의해 제공되는 전류에 의해 제1 매치 라인(ML1)을 충전함으로써 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 매치 상태를 평가할 수 있다. Unlike FIG. 3 , the first match line ML1 may be precharged with the ground voltage GND (or a specific voltage, for example, VSS). For example, the specific voltage (VSS) may be the same as or at a lower level than the ground voltage (GND). However, the scope of the present disclosure is not limited thereto. The match state of the first memory cell group 1200_1 can be evaluated by charging the first match line ML1 with the current provided by the current source IML.

데이터를 검색하기 위해, CAM 장치(1000)는 서치 라인/매치 라인 프리차지 단계, 및 매치 라인 평가 단계를 수행할 수 있다. 즉, 도 3과 다르게, 서치 라인 프리차지 단계를 수행한 후에 매치 라인 프리차지 단계를 수행하는 것 대신에, 동시에 서치 라인/매치 라인 프리차지 단계를 수행할 수 있다. 즉, 제1 매치 라인(ML1)이 접지 전압(GND)으로 프리차지되므로, 서치 라인 프리차지 단계와 매치 라인 프리차지 단계를 동시에 수행할 수 있다. To search data, the CAM device 1000 may perform a search line/match line precharge step and a match line evaluation step. That is, unlike FIG. 3, instead of performing the match line precharge step after performing the search line precharge step, the search line/match line precharge step can be performed simultaneously. That is, since the first match line ML1 is precharged with the ground voltage GND, the search line precharge step and the match line precharge step can be performed simultaneously.

CAM 장치(1000)는 서치 라인/매치 라인 프리차지 단계에서, 서치 라인을 프리차지하고, 제1 매치 라인(ML1)을 접지 전압(GND)으로 프리차지할 수 있다. 이후에, 매치 라인 평가 단계에서, CAM 장치(1000)는 복수의 서치 라인들(SL1~SL4)에 코드워드에 대응하는 전압을 인가할 수 있다. 전류원(IML)은 상보 활성화 신호(/EN)에 응답하여 제1 매치 라인(ML1)에 연결될 수 있다. 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 복수의 메모리 셀들(C11~C14) 중 적어도 하나의 셀에서 미스 매치가 발생할 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 직렬 저항의 전압 분배 (voltage dividing) 원리에 따라, 수학식 1과 같이 미스 전압()으로 충전될 수 있다. 은 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에서 미스 매치된 셀들의 개수, RFT는 미스매치된 셀에 해당하는 FeTFET의 저항, RIML은 전류원의 저항을 가리킨다. In the search line/match line precharge step, the CAM device 1000 may precharge the search line and precharge the first match line ML1 to the ground voltage GND. Afterwards, in the match line evaluation step, the CAM device 1000 may apply a voltage corresponding to the codeword to the plurality of search lines SL1 to SL4. The current source (IML) may be connected to the first match line (ML1) in response to the complementary activation signal (/EN). When a mismatch occurs in at least one of the plurality of memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1, the first match line ML1 is connected according to the voltage dividing principle of the series resistance. , as shown in Equation 1, the miss voltage ( ) can be charged. represents the number of mismatched cells in the first memory cell group 1200_1, R FT represents the resistance of the FeTFET corresponding to the mismatched cell, and R IML represents the resistance of the current source.

제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 메모리 셀들(C11~C14)이 매치될 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 매치라인의 정전 용량 (capacitance)가 충분히 충전되어 정상상태 (steady-state)로 충전되면 VDD에 도달할 수 있다. 혹은 과도 상태 (transient state)를 활용한다면 전류원의 전류(I ML)와 m개의 미스매치된 FeTFET의 전류 (I FT) 합의 차이가 매치라인의 정전 용량(C ML)을 충전하는 시간(t)을 이용하여 매치/미스매치를 판단할 수 있다.When all memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 are matched, the capacitance of the first match line ML1 is sufficiently charged and enters a steady-state. When charged, it can reach VDD. Alternatively, if a transient state is used, the difference between the sum of the current of the current source ( I ML ) and the current of m mismatched FeTFETs ( I FT ) is the time (t) to charge the capacitance of the match line ( C ML ). You can use this to determine match/mismatch.

일 실시 예에서, 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)의 전압 레벨을 기반으로 코드워드 및 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와의 일치/불일치 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)이 충전된다고 판별한 경우, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와 코드워드가 일치하다고 판별할 수 있다. 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 매치 라인(ML1)이 저전압 또는 접지 전압을 유지한다고 판별한 경우, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 저장된 데이터와 코드워드가 불일치하다고 판별할 수 있다. In one embodiment, the first match amplifier 1300_1 may determine whether there is a match/mismatch between the codeword and the data stored in the first memory cell group 1200_1 based on the voltage level of the first match line ML1. there is. For example, when the first match amplifier 1300_1 determines that the first match line ML1 is charged, it may determine that the data stored in the first memory cell group 1200_1 matches the codeword. When the first match amplifier 1300_1 determines that the first match line ML1 maintains a low voltage or ground voltage, it may determine that the data stored in the first memory cell group 1200_1 and the codeword do not match.

상술된 바와 같이, 도 3과 다르게, 검색 동작 이전에 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 제1 매치 라인(ML1)은 접지 전압(GND)(또는 저전압)으로 프리차지(또는 충전)되고, 저장된 데이터와 검색 데이터의 일치/불일치(match/mismatch)에 따라 제1 매치 라인(ML1)이 고전압으로 충전되거나 저전압이 유지될 수 있다. As described above, unlike FIG. 3, before the search operation, the first match line ML1 of the first memory cell group 1200_1 is precharged (or charged) with the ground voltage GND (or low voltage), and the stored Depending on the match/mismatch between the data and the search data, the first match line ML1 may be charged at a high voltage or maintained at a low voltage.

도 9는 도 8의 제1 메모리 셀 그룹을 포함하는 도 1의 CAM 장치의 동작 방법의 예를 보여주는 순서도이다. 도 1, 도 8, 및 도 9을 참조하면, S210 단계에서, CAM 장치(1000)는 매치 라인을 프리차지할 수 있다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)을 기준으로 설명된다. 제2 내지 제4 메모리 셀 그룹들(1200_2~1200_4)은 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)과 동일 또는 유사하게 동작하므로, 상세한 설명은 생략된다. 예를 들어, CAM 장치(1000)는 제1 매치 라인(ML1)에 접지 전압(GND)을 인가하여 제1 매치 라인(ML1)을 프리차지할 수 있다. FIG. 9 is a flowchart showing an example of a method of operating the CAM device of FIG. 1 including the first memory cell group of FIG. 8. Referring to FIGS. 1, 8, and 9, in step S210, the CAM device 1000 may precharge the match line. Hereinafter, for convenience of explanation, description will be made based on the first memory cell group 1200_1. Since the second to fourth memory cell groups 1200_2 to 1200_4 operate the same or similar to the first memory cell group 1200_1, detailed descriptions are omitted. For example, the CAM device 1000 may precharge the first match line ML1 by applying the ground voltage GND to the first match line ML1.

S220 단계에서, CAM 장치(1000)는 코드워드를 입력할 수 있다. 예를 들어, CAM 장치(1000)의 드라이버(1100)는 코드워드를 복수의 서치 라인들(SL1~SL4)을 통해 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)에 제공(또는 입력)할 수 있다. CAM 장치(1000)는 복수의 서치 라인들(SL1~SL4)에 코드워드에 대응하는 전압을 인가할 수 있다. In step S220, the CAM device 1000 may input a codeword. For example, the driver 1100 of the CAM device 1000 may provide (or input) a codeword to the first memory cell group 1200_1 through a plurality of search lines SL1 to SL4. The CAM device 1000 may apply a voltage corresponding to a codeword to a plurality of search lines SL1 to SL4.

S230 단계에서, CAM 장치(1000)는 매치 라인 평가 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 메모리 셀들(C11~C14) 각각은 저장된 데이터 및 코드워드를 비교하여 데이터 일치/불일치(또는 매치/미스 매치) 여부를 판단할 수 있다. In step S230, the CAM device 1000 may perform a match line evaluation operation. For example, each of the first to fourth memory cells C11 to C14 may compare stored data and codewords to determine whether there is a data match/mismatch (or match/mismatch).

S240 단계에서, CAM 장치(1000)는 매치 라인의 매치/미스 매치 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, CAM 장치(1000)는 제1 매치 라인(ML1)의 매치/미스 매치 여부를 판단할 수 있다. 매치 라인이 매치된 경우, CAM 장치(1000)는 S250 단계를 수행하고, 매치 라인의 미스 매치된 경우, CAM 장치(1000)는 S260 단계를 수행한다. In step S240, the CAM device 1000 may determine whether the match line matches/mismatches. For example, the CAM device 1000 may determine whether the first match line ML1 is a match/mismatch. If the match line matches, the CAM device 1000 performs step S250, and if the match line mismatches, the CAM device 1000 performs step S260.

S250 단계에서, 매치 라인은 충전될 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 모든 메모리 셀들(C11~C14)이 매치된 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 방전되지 않을 수 있다. 즉, 제1 매치 라인(ML1)은 전류원(IML)에 의해 제공되는 전류에 의해 고전압으로 충전될 수 있다. 즉, 제1 매치 라인(ML1)은 접지 전압(GND)에서 고전압 또는 전원 전압(VDD)로 증가할 수 있다. In step S250, the match line may be charged. For example, when all memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 are matched, the first match line ML1 may not be discharged. That is, the first match line ML1 can be charged to a high voltage by the current provided by the current source IML. That is, the first match line ML1 may increase from the ground voltage GND to the high voltage or power voltage VDD.

S260 단계에서, 매치 라인은 충전되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 메모리 셀들(C11~C14) 중 적어도 하나가 미스 매치된 경우, 제1 매치 라인(ML1)은 저전압 또는 접지 전압(GND)을 유지할 수 있다. 제1 메모리 셀 그룹(1200_1)의 메모리 셀들(C11~C14) 중 미스 매치가 발생한 메모리 셀들에 의해 방전 전류 경로가 발생하여, 전류원(IML)에서 공급되는 전류를 상쇄하므로, 제1 매치 라인에 프리차지된 접지 전압(GND)이 유지될 수 있다. In step S260, the match line may not be charged. For example, when at least one of the memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1 is mismatched, the first match line ML1 may maintain a low voltage or the ground voltage GND. A discharge current path is generated by mismatched memory cells among the memory cells C11 to C14 of the first memory cell group 1200_1, offsetting the current supplied from the current source IML, so that the first match line is free of charge. A charged ground voltage (GND) can be maintained.

S270 단계에서, CAM 장치(1000)는 출력 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, CAM 장치(1000)는 충전 속도를 기반으로 출력 신호를 생성할 수 있다. 제1 매치 앰프(1300_1)는 제1 앰프 출력 라인(OA1)을 통해, 매치 결과 및 불일치 정도(또는 불일치 비트 수)를 포함하는 출력 신호를 생성하고, 우선 순위 인코더(1400)로 출력 신호를 전달할 수 있다. In step S270, the CAM device 1000 may generate an output signal. For example, the CAM device 1000 may generate an output signal based on the charging rate. The first match amplifier 1300_1 generates an output signal including the match result and the degree of mismatch (or the number of mismatch bits) through the first amplifier output line OA1, and delivers the output signal to the priority encoder 1400. You can.

도 10a 내지 도 10d는 도 3 및 도 8의 제1 메모리 셀의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 제1 내지 제4 FeTFET들(FT11~FT14) 각각은 서로 실질적으로 동일하게 구성되고, 실질적으로 동일하게 동작한다. 따라서, 설명의 편의를 위해, 제1 FeTFET(FT11)을 예로서 설명되며, 나머지 셀들(FT12~FT14)은 제1 FeTFET(FT11)과 동일 또는 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. FIGS. 10A to 10D are diagrams for explaining the operation of the first memory cell of FIGS. 3 and 8. Each of the first to fourth FeTFETs (FT11 to FT14) is configured substantially the same as each other and operates substantially the same. Therefore, for convenience of explanation, the first FeTFET (FT11) is used as an example, and since the remaining cells (FT12 to FT14) are the same or similar to the first FeTFET (FT11), detailed description thereof is omitted.

도 1, 도 3, 도 8, 및 도 10a를 참조하면, 제1 메모리 셀(C11)은 2 비트를 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1 메모리 셀(C11)은 로직 '11', '01', '00', 및 '10'을 저장할 수 있다. CAM 장치(1000)가 TCAM 장치인 경우, 제1 메모리 셀(C11)은 추가적으로 'XX'를 저장할 수 있다. Referring to FIGS. 1, 3, 8, and 10A, the first memory cell C11 can store 2 bits. For example, the first memory cell C11 may store logic '11', '01', '00', and '10'. When the CAM device 1000 is a TCAM device, the first memory cell C11 may additionally store 'XX'.

일 실시 예에서, 제1 메모리 셀(C11)이 '11'을 저장하는 경우, 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 0V 이상이고 제1 전압(V1) 이하이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 작을 수 있다. 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제1 전압(V1) 초과이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 클 수 있다. In one embodiment, when the first memory cell C11 stores '11', if the voltage VSL of the first search line SL1 is 0V or more and the first voltage V1 or less, the drain current ID ) may be smaller than the reference current. If the voltage VSL of the first search line SL1 exceeds the first voltage V1, the drain current ID may be greater than the reference current.

제1 메모리 셀(C11)이 '01'을 저장하는 경우, 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제1 전압(V1) 이상이고 제2 전압(V2) 이하이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 작을 수 있다. 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제1 전압(V1) 미만이거나 제2 전압(V2) 초과이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 클 수 있다. When the first memory cell C11 stores '01', if the voltage VSL of the first search line SL1 is greater than the first voltage V1 and less than the second voltage V2, the drain current ID ) may be smaller than the reference current. If the voltage VSL of the first search line SL1 is less than the first voltage V1 or greater than the second voltage V2, the drain current ID may be greater than the reference current.

제1 메모리 셀(C11)이 '00'을 저장하는 경우, 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제2 전압(V2) 이상이고 제3 전압(V3) 이하이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 작을 수 있다. 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제2 전압(V2) 미만이거나 제3 전압(V3) 초과이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 클 수 있다. When the first memory cell C11 stores '00', if the voltage VSL of the first search line SL1 is greater than the second voltage V2 and less than the third voltage V3, the drain current ID ) may be smaller than the reference current. If the voltage VSL of the first search line SL1 is less than the second voltage V2 or greater than the third voltage V3, the drain current ID may be greater than the reference current.

제1 메모리 셀(C11)이 '10'을 저장하는 경우, 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제3 전압(V3) 이상이고 제4 전압(V4) 이하이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 작을 수 있다. 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 제3 전압(V3) 미만이거나 제4 전압(V4) 초과이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 클 수 있다. When the first memory cell C11 stores '10', if the voltage VSL of the first search line SL1 is higher than the third voltage V3 and lower than the fourth voltage V4, the drain current ID ) may be smaller than the reference current. If the voltage VSL of the first search line SL1 is less than the third voltage V3 or greater than the fourth voltage V4, the drain current ID may be greater than the reference current.

제1 메모리 셀(C11)이 'XX'을 저장하는 경우, 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 0V 이상이고 제4 전압(V4) 이하이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 작을 수 있다. 제1 서치 라인(SL1)의 전압(VSL)이 0V 미만이거나 제4 전압(V4) 초과이면, 드레인 전류(ID)는 기준 전류보다 클 수 있다. When the first memory cell (C11) stores 'XX', if the voltage (VSL) of the first search line (SL1) is 0V or more and the fourth voltage (V4) or less, the drain current (ID) is greater than the reference current. It can be small. If the voltage VSL of the first search line SL1 is less than 0V or greater than the fourth voltage V4, the drain current ID may be greater than the reference current.

도 10b를 참조하여, 제1 메모리 셀(C11)에 '11' 또는 '01'이 프로그램(또는 저장)되는 방법이 설명된다. 일 실시 예에서, 게이트 전극층(440c)에 양의 전압을 인가하고, 제1 전극(450) 및 제2 전극(460)에 접지 전압(GND)(또는 접지 전압(GND)과 동일하거나 낮은 레벨의 전압인 특정 전압(VSS), 저전압)을 인가함으로써, 강유전체층(440b)은 제1 분극 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 분극 상태는 다운 분극 상태일 수 있다. 채널 영역(430)의 상부로 전자들이 축적될 수 있다. 게이트 전극층(440c)에 제1 양의 전압이 인가되어, 제1 메모리 셀(C11)에 '11'이 프로그램되고, 게이트 전극층(440c)에 제1 양의 전압보다 작은 제2 양의 전압이 인가되어, 제1 메모리 셀(C11)에 '01'프로그램될 수 있다. Referring to FIG. 10B, a method of programming (or storing) '11' or '01' in the first memory cell C11 will be described. In one embodiment, a positive voltage is applied to the gate electrode layer 440c, and a ground voltage (GND) (or a level equal to or lower than the ground voltage (GND)) is applied to the first electrode 450 and the second electrode 460. By applying a specific voltage (VSS, low voltage), the ferroelectric layer 440b may have a first polarization state. For example, the first polarization state may be a down polarization state. Electrons may accumulate in the upper part of the channel region 430. A first positive voltage is applied to the gate electrode layer 440c, '11' is programmed into the first memory cell C11, and a second positive voltage smaller than the first positive voltage is applied to the gate electrode layer 440c. Thus, '01' can be programmed into the first memory cell C11.

도 10c를 참조하여, 제1 메모리 셀(C11)에 '00' 또는 '10'이 프로그램되는 방법이 설명된다. 일 실시 예에서, 게이트 전극층(440c)에 음의 전압을 인가하고, 제1 전극(450) 및 제2 전극(460)에 접지 전압(GND)(또는 접지 전압(GND)과 동일하거나 낮은 레벨의 전압인 특정 전압(VSS))을 인가함으로써, 강유전체층(440b)은 제2 분극 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 분극 상태는 업 분극 상태일 수 있다. 채널 영역(430)의 상부로 정공들이 축적될 수 있다. 게이트 전극층(440c)에 제1 음의 전압이 인가되어, 제1 메모리 셀(C11)에 '00'이 프로그램되고, 게이트 전극층(440c)에 제2 음의 전압이 인가되어, 제1 메모리 셀(C11)에 '10'프로그램될 수 있다. 제2 음의 전압의 절대값이 제1 음의 전압의 절대값보다 클 수 있다. Referring to FIG. 10C, a method of programming '00' or '10' into the first memory cell C11 will be described. In one embodiment, a negative voltage is applied to the gate electrode layer 440c, and a ground voltage (GND) (or a level equal to or lower than the ground voltage (GND)) is applied to the first electrode 450 and the second electrode 460. By applying a specific voltage (VSS), the ferroelectric layer 440b may have a second polarization state. For example, the second polarization state may be an up polarization state. Holes may accumulate in the upper part of the channel region 430. A first negative voltage is applied to the gate electrode layer 440c, so that '00' is programmed into the first memory cell C11, and a second negative voltage is applied to the gate electrode layer 440c, so that the first memory cell (C11) is programmed with '00'. '10' can be programmed in C11). The absolute value of the second negative voltage may be greater than the absolute value of the first negative voltage.

도 10d를 참조하여, 제1 메모리 셀(C11)에 'XX'가 프로그램되는 방법이 설명된다. 일 실시 예에서, 게이트 전극층(440c)에 제3 양의 전압을 인가하고, 제1 전극(450)에 제3 양의 전압보다 큰 제4 양의 전압이 인가되고, 제2 전극(460)에 접지 전압(GND)(또는 접지 전압(GND)과 동일하거나 낮은 레벨의 전압인 특정 전압(VSS))을 인가함으로써, 강유전체층(440b)은 제3 분극 상태를 가질 수 있다. 제1 도핑 영역(410)에 인접한 채널 영역(430)의 상부로 정공들이 축적되고, 제2 도핑 영역(420)에 인접한 채널 영역(430)의 상부로 전자들이 축적될 수 있다. Referring to FIG. 10D, a method of programming 'XX' into the first memory cell C11 will be described. In one embodiment, a third positive voltage is applied to the gate electrode layer 440c, a fourth positive voltage greater than the third positive voltage is applied to the first electrode 450, and a fourth positive voltage is applied to the second electrode 460. By applying the ground voltage (GND) (or a specific voltage (VSS) that is the same or lower level as the ground voltage (GND)), the ferroelectric layer 440b may have a third polarization state. Holes may accumulate in the upper part of the channel region 430 adjacent to the first doped region 410, and electrons may accumulate in the upper part of the channel region 430 adjacent to the second doped region 420.

도 11은 도 3 및 도 8의 제1 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터 소자의 예를 보여주는 도면이다. 이하에서, 설명의 편의 및 도면의 간결성을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들과 동일하거나 또는 유사한 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다. FIG. 11 is a diagram showing an example of the first ferroelectric tunnel field effect transistor device of FIGS. 3 and 8. Hereinafter, for convenience of explanation and brevity of drawings, detailed descriptions of components that are the same as or similar to the components described above are omitted.

도 3, 도 8, 및 도 11을 참조하면, 제1 FeTFET(FT11)는 반도체 기판(400)에 형성된 제1 도핑 영역(410), 제2 도핑 영역(420), 채널 영역(430), 제1 델타 도핑 영역(470), 및 제2 델타 도핑 영역(480)을 포함할 수 있다. 제1 FeTFET(FT11)는 게이트(440), 제1 전극(450), 및 제2 전극(460)을 더 포함할 수 있다. 3, 8, and 11, the first FeTFET (FT11) has a first doped region 410, a second doped region 420, a channel region 430, and a first doped region 410 formed on the semiconductor substrate 400. It may include a first delta doped region 470 and a second delta doped region 480. The first FeTFET (FT11) may further include a gate 440, a first electrode 450, and a second electrode 460.

일 실시 예에서, 제1 델타 도핑 영역(470)은 제1 도핑 영역(410)의 제1 방향(D1)으로 인접하게 형성될 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)은 제1 도핑 영역(410) 및 채널 영역(430) 사이에 형성될 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)은 게이트(440) 하부에 형성(또는 배치, 위치)될 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)은 제1 도핑 영역(410)과 반대 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 델타 도핑 영역(470)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)은 고농도로 도핑된 N+형을 가질 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)은 제2 도핑 영역(420)과 동일한 도전형의 불순물로 고농도로 도핑된 소스 포켓 영역일 수 있다. In one embodiment, the first delta doped region 470 may be formed adjacent to the first doped region 410 in the first direction D1. The first delta doped region 470 may be formed between the first doped region 410 and the channel region 430. The first delta doped region 470 may be formed (or disposed, located) below the gate 440 . The first delta doped region 470 may have a conductivity type opposite to that of the first doped region 410. For example, the first delta doped region 470 may have a second conductivity type. The first delta doped region 470 may have a high concentration of N+ type doped. The first delta doped region 470 may be a source pocket region doped at a high concentration with impurities of the same conductivity type as the second doped region 420.

제1 델타 도핑 영역(470)은 제1 델타 도핑 농도를 가질 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)의 도핑 농도는 채널 영역(430) 또는 반도체 기판(400)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 제1 델타 도핑 영역(470)의 도핑 농도는 제2 도핑 영역(420)의 도핑 농도보다 같거나 높을 수 있다. The first delta doping region 470 may have a first delta doping concentration. The doping concentration of the first delta doped region 470 may be higher than that of the channel region 430 or the semiconductor substrate 400. The doping concentration of the first delta doped region 470 may be equal to or higher than the doping concentration of the second doped region 420.

일 실시 예에서, 제2 델타 도핑 영역(480)은 제2 도핑 영역(420)의 제1 방향(D1)으로 인접하게 형성될 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)은 제2 도핑 영역(420) 및 채널 영역(430) 사이에 형성될 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)은 게이트(440) 하부에 형성될 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)은 제2 도핑 영역(420)과 반대 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 델타 도핑 영역(480)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)은 고농도로 도핑된 P+형을 가질 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)은 제1 도핑 영역(410)과 동일한 도전형의 불순물로 고농도로 도핑된 드레인 포켓 영역일 수 있다.In one embodiment, the second delta doped region 480 may be formed adjacent to the second doped region 420 in the first direction D1. The second delta doped region 480 may be formed between the second doped region 420 and the channel region 430. The second delta doped region 480 may be formed below the gate 440 . The second delta doped region 480 may have a conductivity type opposite to that of the second doped region 420. For example, the second delta doped region 480 may have a first conductivity type. The second delta doped region 480 may have a highly doped P+ type. The second delta doped region 480 may be a drain pocket region doped at a high concentration with impurities of the same conductivity type as the first doped region 410.

제2 델타 도핑 영역(480)은 제2 델타 도핑 농도를 가질 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)의 도핑 농도는 채널 영역(430) 또는 반도체 기판(400)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)의 도핑 농도는 제1 도핑 영역(410)의 도핑 농도보다 같거나 높을 수 있다.The second delta doping region 480 may have a second delta doping concentration. The doping concentration of the second delta doped region 480 may be higher than that of the channel region 430 or the semiconductor substrate 400. The doping concentration of the second delta doped region 480 may be equal to or higher than the doping concentration of the first doped region 410.

제1 도핑 영역(410)의 제1 방향(D1)으로의 폭은 제1 길이(L1)이고, 제1 델타 도핑 영역(470)의 제1 방향(D1)으로의 폭은 제2 길이(L2)이고, 채널 영역(430)의 제1 방향(D1)으로의 폭은 제3 길이(L3)이고, 제2 델타 도핑 영역(480)의 제1 방향(D1)으로의 폭은 제4 길이(L4)이고, 제2 도핑 영역(420)의 제1 방향(D1)으로의 폭은 제5 길이(L5)일 수 있다. The width of the first doped region 410 in the first direction D1 is the first length L1, and the width of the first delta doped region 470 in the first direction D1 is the second length L2. ), the width of the channel region 430 in the first direction (D1) is the third length (L3), and the width of the second delta doped region 480 in the first direction (D1) is the fourth length (L3). L4), and the width of the second doped region 420 in the first direction D1 may be the fifth length L5.

제2 길이(L2)는 제1 길이(L1) 또는 제3 길이(L3) 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)의 비율은 1:250일 수 있다. 제4 길이(L4)는 제3 길이(L3) 또는 제5 길이(L5) 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제4 길이(L4) 및 제3 길이(L3)의 비율은 1:250일 수 있다. 제2 길이(L2) 및 제4 길이(L4)는 동일하거나 유사할 수 있다. 단 본 개시의 범위가 이에 한정되지 않는다. The second length L2 may be smaller than the first length L1 or the third length L3. For example, the ratio of the second length L2 and the third length L3 may be 1:250. The fourth length L4 may be smaller than the third length L3 or the fifth length L5. For example, the ratio of the fourth length L4 and the third length L3 may be 1:250. The second length L2 and the fourth length L4 may be the same or similar. However, the scope of the present disclosure is not limited thereto.

이에 따라, 제1 FeTFET(FT11) 소자의 밴드 간 터널링(band-to-band tunneling)을 용이하게 하고, 턴-온 전압(VTH)을 감소시킴으로써, CAM 장치(1000)는 턴-온 동작 및 이극성(또는 양극성)(ambipolar) 동작이 개선될 수 있다. Accordingly, by facilitating band-to-band tunneling of the first FeTFET (FT11) device and reducing the turn-on voltage (V TH ), the CAM device 1000 performs turn-on operation and Bipolar (or ambipolar) operation can be improved.

도 12는 도 3 및 도 8의 제1 강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터 소자의 예를 예시적으로 보여주는 도면이다. 이하에서, 설명의 편의 및 도면의 간결성을 위하여, 앞서 설명된 구성 요소들과 동일하거나 또는 유사한 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 생략된다. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the first ferroelectric tunnel field effect transistor device of FIGS. 3 and 8. Hereinafter, for convenience of explanation and brevity of drawings, detailed descriptions of components that are the same as or similar to the components described above are omitted.

도 3, 도 8, 도 11, 및 도 12를 참조하면, 일 실시 예에서, 제1 델타 도핑 영역(470)의 도핑 농도는 조정될 수 있다. 예를 들어, 제1 델타 도핑 영역(470)은 제1 델타 도핑 농도와 다른 제3 델타 도핑 농도를 가질 수 있다. 제2 델타 도핑 영역(480)의 도핑 농도는 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 델타 도핑 영역(480)은 제2 델타 도핑 농도와 다른 제4 델타 도핑 농도를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 3, 8, 11, and 12, in one embodiment, the doping concentration of the first delta doped region 470 may be adjusted. For example, the first delta doping region 470 may have a third delta doping concentration that is different from the first delta doping concentration. The doping concentration of the second delta doped region 480 can be adjusted. For example, the second delta doping region 480 may have a fourth delta doping concentration that is different from the second delta doping concentration.

일 실시 예에서, 도 11과 다르게, 도 12의 제1 델타 도핑 영역(470)은 제1 도핑 영역(410)처럼 반도체 기판(400)으로 깊게 확장되지 않을 수 있다. 도 12의 제2 델타 도핑 영역(480)은 제2 도핑 영역(420)처럼 반도체 기판(400)으로 깊게 확장되지 않을 수 있다.In one embodiment, unlike FIG. 11 , the first delta doped region 470 of FIG. 12 may not extend as deeply into the semiconductor substrate 400 as the first doped region 410 . The second delta doped region 480 of FIG. 12 may not extend as deeply into the semiconductor substrate 400 as the second doped region 420 .

도 11의 제1 도핑 영역(410)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제1 델타 도핑 영역(470)의 제2 방향(D2)으로의 폭과 동일할 수 있다. 도 11의 제2 도핑 영역(420)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제2 델타 도핑 영역(480)의 제2 방향(D2)으로의 폭과 동일할 수 있다. The width of the first doped region 410 in FIG. 11 in the second direction D2 may be equal to the width of the first delta doped region 470 in the second direction D2. The width of the second doped region 420 in FIG. 11 in the second direction D2 may be the same as the width of the second delta doped region 480 in the second direction D2.

반면에, 도 12의 제1 도핑 영역(410)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제1 델타 도핑 영역(470)의 제2 방향(D2)으로의 폭과 상이할 수 있다. 도 12의 제2 도핑 영역(420)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제2 델타 도핑 영역(480)의 제2 방향(D2)으로의 폭과 상이할 수 있다. 제1 도핑 영역(410)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제1 폭(W1)이고, 제2 도핑 영역(420)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제2 폭(W2)이고, 제1 델타 도핑 영역(470)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제3 폭(W3)이고, 제2 델타 도핑 영역(480)의 제2 방향(D2)으로의 폭은 제4 폭(W4)일 수 있다. 제3 폭(W3)은 제1 폭(W1) 보다 작을 수 있다. 제4 폭(W4)은 제2 폭(W2) 보다 작을 수 있다. 제3 폭(W3) 및 제4 폭(W4)은 동일하거나 유사할 수 있다. On the other hand, the width of the first doped region 410 in FIG. 12 in the second direction D2 may be different from the width of the first delta doped region 470 in the second direction D2. The width of the second doped region 420 in FIG. 12 in the second direction D2 may be different from the width of the second delta doped region 480 in the second direction D2. The width of the first doped region 410 in the second direction D2 is the first width W1, and the width of the second doped region 420 in the second direction D2 is the second width W2. , the width of the first delta doped region 470 in the second direction (D2) is the third width (W3), and the width of the second delta doped region 480 in the second direction (D2) is the fourth width. It may be the width (W4). The third width W3 may be smaller than the first width W1. The fourth width W4 may be smaller than the second width W2. The third width W3 and the fourth width W4 may be the same or similar.

도 13은 도 3의 제1 FeTFET 소자 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 1, 도 3, 및 도 13을 참조하면, 도 13의 그래프 (i)은 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)(즉, 제1 서치 라인(SL1)의 전압)에 대한 드레인 전류(ID)를 나타낸 것이다. 즉, 그래프 (i)의 가로축은 게이트 전압(VSL)을 가리키고, 그래프 (i)의 세로축은 드레인 전류(ID)를 가리킨다. 그래프 (ii)는 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 매치 앰프 출력단의 전압(VOA)(즉, 앰프 출력 라인(OA1)의 전압)을 나타낸 것이다. 즉, 그래프 (ii)의 가로축은 게이트 전압(VSL)을 가리키고, 그래프 (i)의 세로축은 매치 앰프 출력단의 전압(VOA)을 가리킨다.FIG. 13 is a graph for explaining the characteristics of the first FeTFET device of FIG. 3. Referring to FIGS. 1, 3, and 13, graph (i) of FIG. 13 shows the drain current (i.e., the voltage of the first search line (SL1)) versus the gate voltage (VSL) applied through the search line. ID). That is, the horizontal axis of graph (i) indicates the gate voltage (VSL), and the vertical axis of graph (i) indicates the drain current (ID). Graph (ii) shows the voltage (VOA) of the match amplifier output stage (i.e., the voltage of the amplifier output line (OA1)) relative to the gate voltage (VSL) applied through the search line. That is, the horizontal axis of graph (ii) indicates the gate voltage (VSL), and the vertical axis of graph (i) indicates the voltage (VOA) of the match amplifier output stage.

도 13을 참조하면, FeTFET 소자는 게이트 전압의 특정 전압 범위(Va와 Vb사이의 구간)에서는 전류가 매우 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 그러나, 특정 전압 범위를 벗어나면 전류가 급격하게 증가하는 이극성 동작(ambipolar behavior)라는 전압에 대한 밴드 저지(band rejection) 특성을 보유하고 있다. 즉, 특정 전압 범위 내에서는 턴 오프 상태가 되며, 특정 전압 범위보다 낮거나 높은 전압의 경우에는 자동으로 턴 온 상태가 된다.Referring to FIG. 13, it can be seen that the FeTFET device has a very low current in a specific gate voltage range (the section between Va and Vb). However, it has a band rejection characteristic for voltage called ambipolar behavior, in which the current increases rapidly when it exceeds a certain voltage range. In other words, it is turned off within a specific voltage range, and automatically turns on when the voltage is lower or higher than the specific voltage range.

이러한 특성으로 인해 도 2a의 MOSFET 소자를 도 3과 같은 FeTFET 소자로 대체하면 하나의 트랜지스터만으로 상보 서치 라인(/SL) 없이 멀티 비트(multi bit) CAM의 구현이 가능하며, 불일치 정도(degree of mismatch) 동작까지 동시에 구현이 가능하다. 또한, 급격한 온-오프 스위칭 특성이 멀티 비트의 센싱 정확도를 향상시키며, 낮은 오프 전류와 낮은 온 전류 특성을 이용하여 불일치 정도를 정확하게 판정할 수 있다.Due to these characteristics, if the MOSFET device of FIG. 2a is replaced with the FeTFET device of FIG. 3, multi-bit CAM can be implemented with only one transistor without the complementary search line (/SL), and the degree of mismatch ) operations can be implemented simultaneously. Additionally, rapid on-off switching characteristics improve multi-bit sensing accuracy, and the degree of mismatch can be accurately determined using low off-current and low on-current characteristics.

도 14는 도 3의 제1 FeTFET 소자의 스위칭 특성을 이용한 2bit 구현 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 14의 그래프 (i)은 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 드레인 전류(ID)를 나타낸 것이고, 도 14의 그래프 (ii)는 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 센스 증폭기 출력단의 전압(VOA)을 나타낸 것이다.FIG. 14 is a graph for explaining a 2-bit implementation operation using the switching characteristics of the first FeTFET device of FIG. 3. Graph (i) of FIG. 14 shows the drain current (ID) against the gate voltage (VSL) applied through the search line, and graph (ii) of FIG. 14 shows the drain current (ID) against the gate voltage (VSL) applied through the search line. This shows the voltage (VOA) at the output stage of the sense amplifier.

도 14를 참조하면, 검색 데이터와 저장 데이터 사이가 일치(match)된 경우에 흐르는 전류와 불일치(mismatch)된 경우 흐르는 전류의 차이가 극대화된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, it can be seen that the difference between the current flowing when search data and stored data match and the current flowing when mismatching is maximized.

FeTFET 소자는 게이트 핀 다이오드(Gated pin diode) 구조의 역방향 전압 조건에서 구동하므로 MOSFET 소자에 비해 매우 낮은 오프(off) 전류를 갖는다. 또한, 급격한 온-오프 스위칭(abrupt on-off switching) 로 인하여 낮은 구동전압을 보이며, 터널링(tunneling) 전류를 이용하므로 상대적으로 낮은 온 전류를 보인다. 이는 대용량 CAM 구현 시 일치/불일치의 정확성 및 전력 소모를 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 매우 낮은 off 전류, 낮은 구동 전압을 이용하고 낮은 on 전류를 역이용하여 정확한 저전력 내용 주소화 메모리 장치 및 불일치 정도(Degree of mismatch)를 판단하는 내용 주소화 메모리 장치를 구현할 수 있다.The FeTFET device operates under the reverse voltage condition of the gated pin diode structure, so it has a very low off current compared to the MOSFET device. In addition, it shows a low driving voltage due to abrupt on-off switching, and shows a relatively low on-current because it uses tunneling current. This means that match/mismatch accuracy and power consumption can be reduced when implementing large-capacity CAM. In other words, it is possible to implement an accurate low-power content addressable memory device and a content addressable memory device that determines the degree of mismatch by using a very low off current, low driving voltage, and reversely using the low on current.

도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 내용 주소화 메모리 장치의 불일치 정도를 판단하는 동작 예측한 그래프이다. 도 15의 그래프 (i)은 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 매치 라인의 전압(V) 변화를 나타낸 것이고, 도 15의 그래프 (ii)는 서치 라인을 통해 인가되는 게이트 전압(VSL)에 대한 센스 증폭기(또는 매치 앰프) 출력단의 전압(VSAOUT 또는 VOA)을 나타낸 것이다.Figure 15 is an operation prediction graph for determining the degree of inconsistency of a content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure. Graph (i) in FIG. 15 shows the change in voltage (V) of the match line with respect to the gate voltage (VSL) applied through the search line, and graph (ii) in FIG. 15 shows the change in gate voltage (VSL) applied through the search line. It shows the voltage (VSAOUT or VOA) at the output stage of the sense amplifier (or match amplifier) relative to VSL).

도 15는 precharge-high 방식에서의 동작 예측 그래프를 도시한 것으로, 일반적으로 프리차지 동작 시 매치 라인(ML)에 고전압이 인가되며, 검색 데이터(또는 코드워드)와 저장된 데이터가 일치(match)하는 경우 매치 라인의 고전압이 유지된다. 반대로, 검색 데이터와 저장된 데이터가 불일치(mismatch)하는 경우 매치 라인이 방전되고, 센스 증폭기(또는 매치 앰프)의 출력단(OA)에서는 전압강하가 발생한다. 반면, current race 방식에서는 프리차지 동작 시 매치 라인(ML)에 저전압이 인가되며, 검색 데이터와 저장된 데이터가 불일치(mismatch)하는 경우 매치 라인의 저전압이 유지된다. 반대로, 검색 데이터와 저장된 데이터가 일치(match)하는 경우 매치 라인이 충전되고, 센스 증폭기(또는 매치 앰프)의 출력단(OA)에서는 전압 상승이 발생하여 도 15와는 반대의 경향을 보이게 된다.Figure 15 shows an operation prediction graph in the precharge-high method. Generally, a high voltage is applied to the match line (ML) during a precharge operation, and the search data (or codeword) matches the stored data. In this case, high voltage on the match line is maintained. Conversely, if the search data and the stored data do not match, the match line is discharged, and a voltage drop occurs at the output terminal (OA) of the sense amplifier (or match amplifier). On the other hand, in the current race method, a low voltage is applied to the match line (ML) during a precharge operation, and if there is a mismatch between search data and stored data, the low voltage of the match line is maintained. Conversely, when the search data matches the stored data, the match line is charged, and a voltage rise occurs at the output terminal (OA) of the sense amplifier (or match amplifier), showing a trend opposite to that shown in FIG. 15.

본 개시에서는 precharge-high의 경우도 도 15와 같이 매치 라인이 방전되는 속도와 이에 따른 센스 증폭기(또는 매치 앰프) 출력단의 전압 강하가 일어나는 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단할 수 있다. 반면, current race의 경우 도 15와는 반대로 매치 라인이 충전되는 속도와 이에 따른 센스 증폭기(또는 매치 앰프) 출력단의 전압 상승이 일어나는 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단할 수 있다.In the present disclosure, in the case of precharge-high, the number of mismatch bits can be determined through the speed at which the match line is discharged and the resulting time difference in the voltage drop at the output stage of the sense amplifier (or match amplifier), as shown in FIG. 15. On the other hand, in the case of the current race, contrary to Figure 15, the number of mismatch bits can be determined through the speed at which the match line is charged and the resulting time difference in the voltage increase at the output stage of the sense amplifier (or match amplifier).

Precharge-high 방식에서는 매치 라인이 방전되는 속도가 증가할수록 불일치 비트 수가 증가한다고 판별할 수 있다. 또한, 센스 증폭기 출력단에서 일어나는 전압 강하의 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단할 수 있다. 예컨대, 불일치하는 비트 수가 1bit mismatch에서 8bit mismatch로 증가할수록 매치 라인의 전압이 급격하게 감소하게 되며, 불일치하는 비트수가 증가할수록 센스 증폭기 출력단의 전압강하가 빠른 시간 내에 일어나게 된다. 반면, current race 방식에서는 매치 라인이 충전되는 속도가 증가할수록 불일치 비트 수가 감소한다고 판별할 수 있다. 또한, 센스 증폭기 출력단에서 일어나는 전압 상승의 시차를 통해 불일치 비트 수를 판단할 수 있다. 예컨대, 불일치하는 비트 수가 1bit mismatch에서 8bit mismatch로 증가할수록 매치 라인의 전압이 느리게 상승하게 되며, 불일치하는 비트수가 증가할수록 센스 증폭기 출력단의 전압 상승이 느린 시간 내에 일어나게 된다.In the precharge-high method, it can be determined that the number of mismatch bits increases as the speed at which the match line is discharged increases. Additionally, the number of mismatched bits can be determined through the time difference in the voltage drop that occurs at the output stage of the sense amplifier. For example, as the number of mismatched bits increases from 1 bit mismatch to 8 bit mismatch, the voltage of the match line decreases rapidly, and as the number of mismatched bits increases, the voltage drop at the output stage of the sense amplifier occurs in a short period of time. On the other hand, in the current race method, it can be determined that the number of mismatch bits decreases as the speed at which the match line is charged increases. Additionally, the number of mismatched bits can be determined through the time difference in the voltage rise that occurs at the output stage of the sense amplifier. For example, as the number of mismatched bits increases from 1 bit mismatch to 8 bit mismatch, the voltage of the match line rises more slowly, and as the number of mismatched bits increases, the voltage at the output stage of the sense amplifier occurs in a slower time.

데이터의 불일치 정도를 판단하는 동작은 매치 라인에 프리차지된 전압을 불일치 정도에 따라 CAM 메모리 셀들이 적당한 전도도(conductance)를 제공하며 방전시켜야 하는데, 본 개시와 같이 FeTFET 소자를 기반으로 한 메모리 셀을 포함하는 내용 주소화 메모리 장치는 낮은 온 전류, 즉, 낮은 전도도를 가지므로 CAM의 용량이 증가할수록 불일치 정도를 판단하는데 매우 유리한 장점을 가지고 있다.The operation of determining the degree of data mismatch requires discharging the voltage precharged in the match line while providing appropriate conductance in the CAM memory cells according to the degree of mismatch. As in the present disclosure, memory cells based on FeTFET devices are used. The addressable memory device has a low on-current, that is, low conductivity, so as the capacity of the CAM increases, it has a very advantageous advantage in determining the degree of mismatch.

이러한 불일치 정도를 판단하는 동작은 단순히 입력 데이터(또는 검색 데이터, 코드워드)와 저장 데이터 사이의 관계를 일치/불일치의 이분법으로 판단하는 것이 아닌 불일치의 경우에도 어느 정도의 불일치가 발생하는지를 판단하는 것으로, 최근 인공지능이나 one-shot/few-shot 러닝 등에서 필요한 동작이다.The operation of determining the degree of this discrepancy is not simply to judge the relationship between input data (or search data, codewords) and stored data as a dichotomy of match/mismatch, but to determine the degree of discrepancy even in the case of mismatch. , This is a necessary operation in recent artificial intelligence or one-shot/few-shot learning.

상술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 내용 주소화 기억장치는 하나의 트랜지스터를 이용하여 멀티 비트 CAM를 구성하고, 자체적으로 불일치 정도를 판단하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 내용 주소화 메모리 장치는 지능형 반도체 구현에 반드시 필요한 고속, 저전력, 병렬 데이터 처리 기술 선도로 파급이 가능하다. 또한, 이미지 처리, 패턴 인식, 인터넷 라우터 등의 응용에 그치지 않고 고속, 저전력의 고집적 병렬 데이터 처리가 가능하여 빅데이터 및 인공지능 관련 ICT 제품의 경쟁력을 비약적으로 발전시키는 신성장 동력 획득이 가능하다. 최근 인공지능 분야에서 많은 관심을 얻고 있는 MANN(memory-augmented neural network)을 이용한 one-shot/few-shot 러닝에 적용이 가능하다.As described above, the content addressable memory device according to an embodiment of the present disclosure configures a multi-bit CAM using one transistor and can independently perform the function of determining the degree of mismatch. These content-addressable memory devices can be deployed as leading high-speed, low-power, parallel data processing technologies essential for the implementation of intelligent semiconductors. In addition, it goes beyond applications such as image processing, pattern recognition, and Internet routers to enable high-speed, low-power, high-intensity parallel data processing, making it possible to acquire new growth engines that will dramatically advance the competitiveness of big data and artificial intelligence-related ICT products. It can be applied to one-shot/few-shot learning using MANN (memory-augmented neural network), which has recently been gaining a lot of attention in the field of artificial intelligence.

상술된 내용은 본 개시를 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 개시는 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 개시는 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described contents are specific embodiments for carrying out the present disclosure. The present disclosure will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that are simply designed or can be easily changed. In addition, the present disclosure will also include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Accordingly, the scope of the present disclosure should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the claims and equivalents of the present invention as well as the claims described below.

1000: CAM 장치
1100: 드라이버
1200: 메모리 셀 어레이
1300: 앰프
1400: 우선 순위 인코더
1000: CAM device
1100: driver
1200: Memory cell array
1300: Amplifier
1400: Priority encoder

Claims (20)

강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이;
복수의 서치 라인들을 통해 코드워드를 상기 메모리 셀 어레이에 제공하는 드라이버; 및
복수의 매치 라인들을 통해 상기 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프를 포함하고,
상기 FeTFET는:
제1 도전형을 갖는 제1 도핑 영역;
상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖는 제2 도핑 영역;
상기 제1 도핑 영역 및 상기 제2 도핑 영역 사이에 형성되는 채널 영역; 및
상기 채널 영역 상에 형성되고, 강유전체층을 포함하는 게이트를 포함하고, 그리고
상기 게이트는 상기 하나의 서치 라인과 연결되고, 상기 제1 도핑 영역 및 상기 제2 도핑 영역 중 하나는 상기 복수의 매치 라인들 중 하나의 매치 라인과 연결되는 내용 주소화 메모리 장치.
a memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET);
a driver providing a codeword to the memory cell array through a plurality of search lines; and
A match amplifier connected to the plurality of memory cells through a plurality of match lines,
The FeTFET is:
a first doped region having a first conductivity type;
a second doped region having a second conductivity type different from the first conductivity type;
a channel region formed between the first doped region and the second doped region; and
formed on the channel region, comprising a gate including a ferroelectric layer, and
The content addressable memory device wherein the gate is connected to the one search line, and one of the first doped region and the second doped region is connected to one match line of the plurality of match lines.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 FeTFET은 상기 복수의 메모리 셀들 중 제1 메모리 셀의 제1 FeTFET이고,
상기 하나의 서치 라인은 제1 서치 라인이고,
상기 하나의 매치 라인은 제1 매치 라인이고,
상기 제1 도핑 영역 및 상기 제2 도핑 영역 중 상기 제1 매치 라인과 연결되지 않은 도핑 영역은 접지 전압에 연결되고,
상기 제1 FeTFET는 상기 제1 서치 라인을 통해 인가되는 코드워드에 대응하는 전압에 응답하여, 제1 FeTFET는 턴-온 되거나 턴-오프되는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 1,
The FeTFET is a first FeTFET of a first memory cell among the plurality of memory cells,
The one search line is the first search line,
The one match line is the first match line,
A doped region of the first doped region and the second doped region that is not connected to the first match line is connected to a ground voltage,
The first FeTFET is a content addressable memory device in which the first FeTFET is turned on or turned off in response to a voltage corresponding to a codeword applied through the first search line.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 매치 라인들 중 제1 매치 라인과 전원 전압 사이에 연결되고, 프리차지 신호에 응답하여 동작하는 프리차지 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 프리차지 트랜지스터는 상기 프리차지 신호에 응답하여 상기 제1 매치 라인을 상기 전원 전압으로 프리차지하는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 1,
Further comprising a precharge transistor connected between a first match line among the plurality of match lines and a power voltage, and operating in response to a precharge signal,
The precharge transistor precharges the first match line with the power voltage in response to the precharge signal.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 매치 라인은, 상기 제1 매치 라인에 연결된 메모리 셀들 중 모두가 저장된 데이터와 코드워드가 일치하는 경우, 방전되지 않고,
상기 제1 매치 라인은, 상기 제1 매치 라인에 연결된 상기 메모리 셀들 중 적어도 하나가 저장된 데이터와 상기 코드워드가 불일치하는 경우, 방전되는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 4,
The first match line is not discharged when the codewords of all of the memory cells connected to the first match line match the stored data,
The first match line is discharged when the codeword does not match the data stored in at least one of the memory cells connected to the first match line.
제 4 항에 있어서,
상기 매치 앰프는 상기 제1 매치 라인의 방전 속도를 기반으로 불일치 비트 수를 판단하는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 4,
The match amplifier determines the number of mismatch bits based on the discharge rate of the first match line.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 매치 라인들 중 제1 매치 라인과 접지 전압 사이에 연결되고, 프리차지 신호에 응답하여 동작하는 프리차지 트랜지스터;
전원 전압 및 활성화 트랜지스터 사이에 연결되는 전류원; 및
상기 전류원 및 상기 제1 매치 라인 사이에 연결되고, 활성화 신호에 응답하여 동작하는 상기 활성화 트랜지스터를 더 포함하고,
상기 프리차지 트랜지스터는 매치 라인 프리차지 단계에서 상기 프리차지 신호에 응답하여 상기 제1 매치 라인을 상기 접지 전압으로 프리차지하고,
상기 활성화 트랜지스터는, 상기 매치 라인 프리차지 단계 이후에 매치 라인 평가 단계에서, 상기 활성화 신호에 응답하여 상기 제1 매치 라인에 전류를 제공하여 상기 제1 매치 라인을 충전하는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 1,
a precharge transistor connected between a first match line among the plurality of match lines and a ground voltage and operating in response to a precharge signal;
A current source connected between the power supply voltage and the enabling transistor; and
Further comprising the activation transistor connected between the current source and the first match line and operating in response to an activation signal,
The precharge transistor precharges the first match line to the ground voltage in response to the precharge signal in the match line precharge step,
The activation transistor provides current to the first match line in response to the activation signal in a match line evaluation step after the match line precharge step to charge the first match line.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 매치 라인은, 상기 제1 매치 라인에 연결된 메모리 셀들 중 모두가 저장된 데이터와 코드워드가 일치하는 경우, 충전되고,
상기 제1 매치 라인은, 상기 제1 매치 라인에 연결된 상기 메모리 셀들 중 적어도 하나가 저장된 데이터와 상기 코드워드와 불일치하는 경우, 충전되지 않는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 7,
The first match line is charged when the stored data and codeword of all of the memory cells connected to the first match line match,
The first match line is not charged when at least one of the memory cells connected to the first match line does not match stored data with the codeword.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트는 게이트 절연층, 상기 강유전체층 및 게이트 전극층을 포함하고,
상기 강유전체층은 PZT(Pb(Zr,Ti)O3), SBT(SrBi2Ta2O9), SBTN(SrBi2(Ta,Nb)O9), BLT((Bix,La1- x)4Ti3O12) 및 BST(BaxSr(1-x)TiO3), 하프늄옥사이드 (HfO2), 실리콘이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Si), 알루미늄이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Al), 또는 지르코늄이 첨가된 하프늄옥사이드 (HfO2/Zr) 중 어느 하나를 포함하는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 1,
The gate includes a gate insulating layer, the ferroelectric layer, and a gate electrode layer,
The ferroelectric layer is PZT(Pb(Zr,Ti)O 3 ), SBT(SrBi 2 Ta 2 O 9 ), SBTN(SrBi 2 (Ta,Nb)O 9 ), BLT((Bix,La1-x) 4 Ti 3 O 12 ) and BST (BaxSr(1-x)TiO 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), hafnium oxide with silicon added (HfO 2 /Si), hafnium oxide with aluminum added (HfO 2 /Al), or zirconium-doped hafnium oxide (HfO 2 /Zr).
제 1 항에 있어서,
코드워드와 매치되는 데이터를 갖는 상기 메모리 셀 어레이의 어드레스를 출력하는 우선 순위 인코더를 더 포함하고,
상기 매치 앰프는 제1 매치 라인의 전압 레벨을 기반으로 상기 코드워드 및 상기 제1 매치 라인에 연결된 메모리 셀들에 저장된 데이터와 일치/불일치를 판별하고 매치 결과를 상기 우선 순위 인코더로 출력하는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 1,
Further comprising a priority encoder outputting an address of the memory cell array having data matching a codeword,
The match amplifier determines match/mismatch between the codeword and data stored in memory cells connected to the first match line based on the voltage level of the first match line and outputs the match result to the priority encoder. memory device.
제 1 항에 있어서,
상기 FeTFET는:
상기 제1 도핑 영역 및 상기 채널 영역 사이에 상기 제2 도전형을 갖는 제1 델타 도핑 영역; 및
상기 제2 도핑 영역 및 상기 채널 영역 사이에 상기 제1 도전형을 갖는 제2 델타 도핑 영역을 더 포함하는 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 1,
The FeTFET is:
a first delta doped region having the second conductivity type between the first doped region and the channel region; and
A content addressable memory device further comprising a second delta doped region having the first conductivity type between the second doped region and the channel region.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 도핑 영역의 제1 방향으로의 폭은 제1 길이이고, 상기 제1 델타 도핑 영역의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 제1 길이보다 작은 제2 길이이고,
상기 제2 도핑 영역의 상기 제1 방향으로의 폭은 제3 길이이고, 상기 제2 델타 도핑 영역의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 제3 길이보다 작은 제4 길이인 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 11,
The width of the first doped region in the first direction is a first length, and the width of the first delta doped region in the first direction is a second length smaller than the first length,
A width of the second doped region in the first direction is a third length, and a width of the second delta doped region in the first direction is a fourth length smaller than the third length.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 도핑 영역의 상기 제1 방향과 수직된 제2 방향으로의 폭은 상기 제1 델타 도핑 영역의 상기 제2 방향으로의 폭과 동일하고,
상기 제2 도핑 영역의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 제2 델타 도핑 영역의 상기 제2 방향으로의 폭과 동일한 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 12,
A width of the first doped region in a second direction perpendicular to the first direction is equal to a width of the first delta doped region in the second direction,
A content addressable memory device wherein a width of the second doped region in the second direction is equal to a width of the second delta doped region in the second direction.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 도핑 영역의 상기 제1 방향과 수직된 제2 방향으로의 폭은 제1 폭이고, 상기 제1 델타 도핑 영역의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭이고,
상기 제2 도핑 영역의 상기 제2 방향으로의 폭은 제3 폭이고, 상기 제2 델타 도핑 영역의 상기 제2 방향으로의 폭은 상기 제3 폭보다 작은 제4 폭인 내용 주소화 메모리 장치.
According to claim 12,
The width of the first doped region in the second direction perpendicular to the first direction is a first width, and the width of the first delta doped region in the second direction is a second width smaller than the first width. ,
The width of the second doped region in the second direction is a third width, and the width of the second delta doped region in the second direction is a fourth width smaller than the third width.
강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이, 복수의 서치 라인들을 통해 코드워드를 상기 메모리 셀 어레이에 제공하는 드라이버, 및 매치 라인을 통해 상기 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프를 포함하고, 상기 복수의 메모리 셀들의 각각은 상기 복수의 서치 라인들 중 하나의 서치 라인과 연결되는 내용 주소화 메모리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 매치 라인에 전원 전압을 인가하여 상기 매치 라인을 프리차지하는 단계;
상기 매치 라인에 연결된 메모리 셀에 코드워드를 입력하는 단계;
상기 매치 라인에 연결된 상기 메모리 셀에 저장된 데이터와 상기 코드워드를 비교하여 데이터의 일치/불일치 여부를 판단하는 단계;
상기 코드워드와 상기 저장된 데이터가 일치하다고 판단된 경우, 상기 매치 라인은 방전되지 않는 단계;
상기 코드워드와 상기 저장된 데이터가 불일치하다가 판단된 경우, 상기 매치 라인은 방전되는 단계; 및
상기 매치 앰프에 의해, 상기 매치 라인의 방전 속도를 기반으로 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 그리고
상기 FeTFET의 게이트는 상기 하나의 서치 라인과 연결되고, 상기 FeTFET의 드레인 영역은 상기 매치 라인에 연결되는 동작 방법.
A memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET), a driver providing a codeword to the memory cell array through a plurality of search lines, and a plurality of memories through a match line. A method of operating a content addressable memory device comprising a match amplifier connected to cells, wherein each of the plurality of memory cells is connected to one of the plurality of search lines,
Precharging the match line by applying a power supply voltage to the match line;
Inputting a codeword into a memory cell connected to the match line;
comparing the codeword with data stored in the memory cell connected to the match line to determine whether the data matches/mismatches;
not discharging the match line when it is determined that the codeword and the stored data match;
discharging the match line when it is determined that the codeword and the stored data do not match; and
generating, by the match amplifier, an output signal based on the discharge rate of the match line, and
An operating method wherein the gate of the FeTFET is connected to the one search line, and the drain region of the FeTFET is connected to the match line.
제 15 항에 있어서,
상기 코드워드를 입력하는 단계는, 상기 복수의 서치 라인들에 상기 코드워드에 대응하는 전압을 인가하는 단계를 포함하는 동작 방법.
According to claim 15,
The step of inputting the codeword includes applying a voltage corresponding to the codeword to the plurality of search lines.
제 15 항에 있어서,
상기 출력 신호는 상기 방전 속도를 기반으로 판단된 불일치 비트 수 및 매치 결과를 포함하는 동작 방법.
According to claim 15,
The output signal includes the number of mismatch bits and a match result determined based on the discharge rate.
강유전체 터널 전계 효과 트랜지스터(FeTFET)를 각각 포함하는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이, 매치 라인을 통해 상기 복수의 메모리 셀들과 연결된 매치 앰프, 및 상기 매치 라인에 전류를 공급하는 전류원을 포함하는 내용 주소화 메모리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 매치 라인에 접지 전압을 인가하여 상기 매치 라인을 프리차지하는 단계;
상기 매치 라인에 연결된 메모리 셀에 코드워드를 입력하는 단계;
상기 매치 라인에 연결된 상기 메모리 셀에 저장된 데이터와 상기 코드워드를 비교하여 데이터의 일치/불일치 여부를 판단하는 단계;
상기 코드워드와 상기 저장된 데이터가 일치하다고 판단된 경우, 상기 매치 라인은 충전되는 단계;
상기 코드워드와 상기 저장된 데이터가 불일치하다가 판단된 경우, 상기 매치 라인은 충전되지 않는 단계; 및
상기 매치 앰프에 의해, 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는 동작 방법.
A memory cell array including a plurality of memory cells each including a ferroelectric tunnel field effect transistor (FeTFET), a match amplifier connected to the plurality of memory cells through a match line, and a current source supplying current to the match line. In a method of operating a content addressable memory device,
Precharging the match line by applying a ground voltage to the match line;
Inputting a codeword into a memory cell connected to the match line;
comparing the codeword with data stored in the memory cell connected to the match line to determine whether the data matches/mismatches;
If it is determined that the codeword and the stored data match, charging the match line;
If it is determined that the codeword and the stored data do not match, not charging the match line; and
A method of operation comprising generating an output signal by the match amplifier.
제 18 항에 있어서,
상기 코드워드를 입력하는 단계는, 상기 매치 라인에 연결된 메모리 셀들 각각에 연결된 서치 라인들에 상기 코드워드에 대응하는 전압을 인가하는 단계를 포함하는 동작 방법.
According to claim 18,
The step of inputting the codeword includes applying a voltage corresponding to the codeword to search lines connected to each of the memory cells connected to the match line.
제 18 항에 있어서,
상기 매치 라인은 충전되는 단계는, 상기 매치 라인이 상기 전류원에 의해 제공되는 전류에 의해 고전압으로 충전되는 단계를 포함하고,
상기 매치 라인은 충전되지 않는 단계는 불일치가 발생된 메모리 셀에 의해 방전 전류 경로가 발생하여 상기 전류원에서 제공되는 전류를 상쇄하므로 상기 매치 라인은 저전압을 유지하는 단계를 포함하는 동작 방법.
According to claim 18,
The step of charging the match line includes charging the match line to a high voltage by a current provided by the current source,
The step of not charging the match line includes maintaining a low voltage in the match line because a discharge current path is generated by a mismatched memory cell to offset the current provided from the current source.
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