[发明专利]一种能算存一体化单元、计算器件、设备及制备方法

说明书

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种能算存一体化单元、计算器件、设备及制备方法，该能算存一体化单元包括依次设置的Cu电极层、工作电极层、LiPON层和锂源电极层，当能算存一体化单元工作时，锂源电极层提供的至少一个锂离子通过LiPON层嵌入或脱出工作电极层，且所述工作电极层中对应不同锂离子含量形成不同的状态信息，本发明的能算存一体化单元可实现内部能量供给和信息数据处理的耦合，即本发明的能算存一体化单元在进行信息数据处理时可充分利用其内部存储的能量，而无需外部提供能量，从而避免了外部提供能量时造成的高功耗、高欧姆热，解决了现有计算机系统功耗高、性能趋于极限的问题。

【技术领域】

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种能算存一体化单元、计算器件、设备及制备方法。

【背景技术】

随着智能科技的进步，超高性能的计算系统被广泛使用，且对计算能力的要求日益提高。而目前基于冯诺依曼架构的计算机系统由于硅基微电子器件量子隧穿、功耗过高等问题，已经日益趋近于摩尔定律极限，若要不断地提高计算机系统的计算能力，则需要不断增加单位面积上的计算单元，这对于能量的消耗是非常巨大的。随着计算器件与系统的不断发展，低功耗、高性能便成了新型计算器件的发展趋势。我们发现人脑具有新型计算系统所需要的这些特点。可通过向大脑学习，寻找一种新型的高性能、低功耗的计算架构来解决这些问题。

【发明内容】

为解决现有计算机系统功耗高、性能趋于极限的问题，本发明提供了一种能算存一体化单元、计算器件、设备及制备方法。

本发明解决技术问题的方案是提供一种能算存一体化单元，包括依次设置的Cu电极层、工作电极层、LiPON层和锂源电极层；当所述能算存一体化单元工作时，所述锂源电极层提供的至少一个锂离子通过所述LiPON层嵌入或脱出所述工作电极层，且所述工作电极层中对应不同锂离子含量形成不同的状态信息；所述锂源电极层或工作电极层中的锂离子的相对减少或增加，所述锂源电极层和工作电极层之间的电势差发生变化，所述电势差被检测并定义为信息数据；所述工作电极层中锂离子含量与所述电势差是一一对应的线性关系；所述工作电极层的材料为C、Cu、Ni、Ti、Ag、Sn、Si、Zn、Au、Ag-C复合材料、Zn-Sn复合材料、Au-Si复合材料或Au-SiO₂复合材料中的至少一种；所述锂源电极层的材料为Li、LiMnO₂、LiCoO₂，LiFePO₄中的至少一种。

优选地，所述能算存一体化单元进一步包括第一集流体和第二集流体，所述第一集流体与所述Cu电极层电性连接，所述第二集流体和所述锂源电极层电性连接。

优选地，所述Cu电极层厚度为1nm-100um。

优选地，所述工作电极层厚度为1nm-100um。

优选地，所述LiPON层厚度为1nm-10um。

优选地，所述锂源电极层厚度为1nm-100um。

本发明为解决上述技术问题，还提供一种计算器件，包括衬底和形成于所述衬底上的至少一个如上所述的能算存一体化单元。

优选地，所述计算器件包括多个能算存一体化单元，且该多个能算存一体化单元阵列排布且信号互联。

优选地，所述衬底的尺寸大小为0.1cm-100cm，所述能算存一体化单元的尺寸大小为1nm-10μm。

本发明为解决上述技术问题，还提供一种设备，包括少一个如上所述的计算器件。

本发明为解决上述技术问题，还提供一种能算存一体化单元的制备方法，用于制备上述能算存一体化单元，所述制备方法包括如下步骤：在衬底上形成Cu电极层；在所述Cu电极层上形成工作电极层；在所述工作电极层上形成LiPON层；在所述LiPON层上形成锂源电极层。