[发明专利]一种数据检索存储阵列

说明书

一种数据检索存储阵列，包括输入层、输出层和检索存储单元；输入层输入变量源极电压、漏极电压、栅极电压、正负电压以及电压的持续时间，输入信息的改变使得电荷的注入量发生改变；输出层输出漏极电流、位线电流、转移特性曲线、亚阈值摆幅和阈值电压；各检索存储单元之间建立处理数据检索任务的阵列，一个检索存储单元由一个存储器组成，为输出“U”型转移特性曲线的存储器，检索方式为：NOR Flash的第一行page或若干行执行检索数据，其它单元输出存储数据；NAND Flash的第一列或若干列位线执行检索数据，其它单元输出存储数据，若检索数据匹配成功则检索成功，输出存储数据。本发明减小了集成电路尺寸和单元器件密度，提高了检索效率。

技术领域

本发明涉及一种新型数据检索存储器，具体而言，是设计了一种基于冷源场效应晶体管的新型存储单元结构，以及以该新型存储单元为节点的数据检索存储阵列和检索方法。

背景技术

目前全球芯片等半导体技术的发展正处于一个尺寸极限的关键时期，自半导体晶体管发明至今,硅基场效应晶体管的尺寸不断减小,带来器件速度与集成度的巨大提升。硅基器件技术在90nm技术节点之后面临的挑战越来越多,新材料新工艺的使用满足了器件在过去十几年依然能延续其尺寸不断减小的需求。以摩尔定律为指导的半导体产业已经进入了亚10nm技术节点。根据国际半导体器件线路图(The International TechnologyRoadmap for Semiconductors,ITRS)显示，随着晶体管向10nm和7nm甚至更小尺寸的发展，问题随之显现。虽然晶体管的特征尺寸在不断的缩小，但其工作电压在近十几年内却一直维持在0.7V-1.0V之间，由于工作电压不能按比例缩小，引起器件总功耗的增加。

一方面，随着消费电子产品的广泛使用，非易失性存储器从传统的二维(2D)结构发展到三维(3D)结构，数据存储进入了黄金时代，存储密度大大提高，虽然所有这些进步都会带来更可靠的数据中心和更大的容量存储，但随之而来的是对海量数据访问的挑战。其中闪存(Flash)作为非易失性存储器的一种，因其存取速度等优势而被广泛应用。作为“大数据”处理的主要核心，数据搜索总是由软件来完成，NAND闪存中的数据需要移动到缓存中，然后进行内容匹配。为了从根本上解决能量和延迟的难题，基于硬件的NAND闪存数据搜索更适合于数据中心应用。如何提高业务处理效率，减小延时则成为亟待解决的问题。

另一方面，对于一般的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，源极态密度随沟道势垒的增加而增加，载流子浓度分布是随亚指数减小，无法突破亚阈值摆幅(Subthreshold Swing,SS)限制；对于冷源场效应晶体管(Cold Source Field-Effect Transistor,CS FET)，源极异质结中的石墨烯电子态密度呈线性减小趋势，即源极载流子的态密度随沟道势垒的增加而减小，因此源极载流子的浓度分布函数按照超指数的形式减小。舍掉了能量较高处玻尔兹曼热尾分布尾巴对关态电流的贡献，源极载流子大多数局域在费米能级附近，达到突破亚阈值摆幅SS极限的效果，降低器件功耗。

由于半导体工艺技术发展的限制和器件物理尺寸极限的接近，传统集成电路尺寸的减小和单元器件密度的提高遇到了越来越大的困难。CS FET中出现的独特的“U”型传输特性曲线，在数据检索存储阵列中显示为极小的位线电流(I_BL)，将数据检索时所需两个配对的晶体管的功能集中在一个晶体管中实现，大大减小了集成电路的尺寸和单元器件的密度，提高了检索效率，基于CS FET的存储器在其性能、容量、可靠性、成本等方面有全面的优势。

因此探究一种数据检索存储阵列是一个重要的课题。

发明内容