[发明专利]一种基于记忆二极管的三态内容寻址存储器

权利要求书

1.一种记忆二极管，其特征在于，该记忆二极管由底电极、记忆层、顶电极从下至上的顺序制备而成；所述记忆层由氧化锗、氧化铝、氧化铪从下至上依次堆叠而成，所述记忆层位于隔离层沟槽中；所述底电极的材料为锗；

记忆二极管在工作状态中其底电极接地，在其顶电极施加相应电压，从而实现记忆二极管在关态与开态之间的转化；

处于关态的记忆二极管在施加负向电压后电阻突然减小，这个过程称为SET，记忆二极管由关态转为开态，此时可视作二极管器件，在施加幅值相同的读电压时，正向读电压下的电流比负向读电压下的电流大2倍以上；处于开态的记忆二极管在施加正向电压后电阻突然增大，这个过程称为RESET，记忆二极管由开态转为关态，此时可视作具有高阻值的电阻，在开态与关态的记忆二极管上施加相同读电压时，开态电流比关态电流大2倍以上。

2.一种基于记忆二极管的三态内容寻址存储器，其特征在于，该三态内容寻址存储器包括若干兼具存储数据、擦写数据和比较数据功能的内核单元；

所述内核单元呈阵列排列，以行为单位的所有内核单元连接同一匹配线，以列为单位的所有内核单元连接同一对互补搜寻信号线；

所述内核单元包括第一记忆二极管和第二记忆二极管，第一记忆二极管和第二记忆二极管均采用权利要求1所述记忆二极管；

所述第一记忆二极管和第二记忆二极管的顶电极分别接一对互补搜寻信号线，第一记忆二极管和第二记忆二极管的底电极连接同一匹配线；

所述内核单元中的第一记忆二极管和第二记忆二极管相互配合以存储[0]、[1]及[不理会（don’t care）]三种逻辑状态：当第一记忆二极管处于开态，第二记忆二极管处于关态时，该内核单元存储数据位[0]；当第一记忆二极管处于关态，第二记忆二极管处于开态时，该内核单元存储数据位[1]；当第一记忆二极管和第二记忆二极管都处于关态时，该内核单元为[不理会（don’t care）]状态；

该三态内容寻址存储器内核单元的四种数据匹配逻辑如下：

逻辑1：当内核单元存储数据位[0]，搜寻信号为[1]时，内核单元处于失配状态（mismatch），电流顺利流经内核单元内的开态记忆二极管，使得匹配线的电压升高；

逻辑2：当内核单元存储数据位[0]，搜寻信号为[0]时，内核单元处于匹配状态（match），由于该内核单元中开态记忆二极管具有二极管特性，失配状态的内核单元造成的失配电流并不能从此开态记忆二极管流过，从而保持同一匹配线的电压；

逻辑3：当内核单元存储数据位[1]，搜寻信号为[1]时，内核单元处于匹配状态（match），不影响匹配线电压；

逻辑4：当内核单元存储[不理会（don’t care）]，搜寻信号为[1]时，内核单元处于匹配状态（match），不影响匹配线电压；

当内核单元存储数据位与搜寻信号一致时，为匹配状态（match），当同一条匹配线上的所有内核单元均为匹配状态（match）时，匹配线输出[0]；当内核单元存储数据位与搜寻信号不一致时，为失配状态（mismatch），当同一条匹配线上具有一个及以上的内核单元为失配状态（mismatch）时，匹配线输出[1]。

3.根据权利要求2所述的基于记忆二极管的三态内容寻址存储器，其特征在于，所述匹配线的材料为锗，所述搜寻信号线为与记忆二极管的顶电极连接的金属线。