一种能存算一体化单元、器件、制备工艺及设备制造技术

本发明专利技术涉及电子技术领域，特别涉及一种能存算一体化单元、器件、制备工艺和设备。能存算一体化单元包括对电极、电解质和工作电极，电解质设于对电极与工作电极之间，可迁移离子经由电解质在工作电极和对电极之间迁移，基于可迁移离子在工作电极中的含量变化得到对应的状态信息。其中对电极为Li层，电解质为LiPON层，工作电极为LiMnO

【技术实现步骤摘要】
一种能存算一体化单元、器件、制备工艺及设备
本专利技术涉及电子
，特别涉及一种能存算一体化单元、器件、制备工艺和设备。
技术介绍
随着智能科技的进步，超高性能的计算系统的应用日益广泛，且对计算能力的要求也日益提高。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以及功耗过高等问题，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。所以，急需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。
技术实现思路
为解决现有信息处理器能耗较大的问题，本专利技术提供了一种能存算一体化单元、器件、制备工艺和设备。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种能存算一体化单元，所述能存算一体化单元包括对电极、电解质和工作电极，所述电解质设于所述对电极与所述工作电极之间，可迁移离子经由所述电解质在所述工作电极和所述对电极之间迁移，基于可迁移离子在所述工作电极中的含量变化得到对应的状态信息；其中所述对电极为Li层，所述电解质为LiPON层，所述工作电极为LiMnO2、LiCoO2、LiFePO4中的至少一者。优选地，所述Li层的厚度为1nm至100μm，所述工作电极的厚度为1nm至100μm，所述LiPON层的厚度为1nm至10μm。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种能存算一体器件，所述能存算一体器件包括基底及至少二能存算一体化单元，所述能存算一体化单元设置在所述基底上，所述能存算一体器件基于多个所述能存算一体化单元的状态信息执行信息处理功能。优选地，所述能存算一体化单元进一步包括集流电极层，所述集流电极层设置在所述基底上，所述工作电极和/或所述对电极形成于所述集流电极层上。优选地，所述能存算一体化单元的尺寸大小为1nm至10μm，所述基底的尺寸大小为0.1cm至100cm。优选地，所述集流电极层为Pt/Ti复合电极层。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种能存算一体器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：利用PVD技术在基底上依次形成工作电极、LiPON层及Li层；或，利用PVD技术在基底上依次形成Li层、LiPON层及工作电极。优选地，通过磁控溅射的方式在所述基底上形成所述工作电极及所述LiPON层，通过蒸镀的方式在所述基底上形成所述Li层。优选地，若在基底上先形成工作电极，则在形成工作电极层之前，先在基底上形成集流电极层；若在基底上先形成Li层，则在形成Li层之前，先在基底上形成集流电极层。优选地，在所述基底上形成所述集流电极层的具体步骤为：对所述基底进行清洗；通过涂胶、曝光、清洗显影在所述基底上显现Pt层的阵列图案；利用磁控溅射技术将Pt镀到Pt层的阵列图案上，然后再次利用磁控溅射技术将Ti镀到Pt层上。优选地，当所述基底设置有若干所述能存算一体化单元时，将部分或全部所述能存算一体化单元进行互联。本专利技术为解决上述技术问题，提供又一技术方案如下：一种设备，所述设备包括能存算一体器件。与现有技术相比，本专利技术提供的一种能存算一体化单元、器件、制备工艺和设备具有以下优点：1、能存算一体化单元通过可迁移Li离子经由工作电极在LiPON层与Li层之间迁移的同时能够进行能量的储存和信息处理(包括计算和存储)，或同时进行能量的释放和信息处理。即对应的能源可预先存储在Li层、工作电极及LiPON层所形成的电能源结构中。当需要执行一个计算指令或者存储指令时，对应将为计算或存储提供能源供给的过程与其状态改变的过程进行耦合。因此能存算一体化单元本身的信息处理无需额外提供电能源，Li层、工作电极及LiPON层所形成的基础电能源结构中存储有电能源，在可迁移Li离子移动的过程之中所对应的LiPON层中的可迁移Li离子含量变化，该变化本身对应不同的状态信息，并能够基于该状态信息进行信息处理，因此能存算一体化单元能够使信息处理和为信息处理供能两者一体化。本设计提供的能存算一体化单元在对信息进行处理时无需额外提供电能源，从而使得信息处理的能耗大大降低。2、集流电极层可与对应的工作电极或对电极电性导通，在可迁移Li离子移动的过程之中，对工作电极上集流电极与对电极上集流电极之间的电势差进行测量，根据电势差的变化量和/或电势差值的大小，能够得到当前状态信息所对应的信息处理信号。集流电极层的整体结构简单，通过集流电极之间的电势差来获取对应的信息处理信号，能够进一步确保信息的准确性。3、本设计能存算一体器件包括至少二能存算一体化单元，因此该能存算一体器件具有与能存算一体化单元相同的有益效果，在此不做赘述。此外，通过将多个能存算一体化单元按所需布局集成为一个能存算一体器件，使得该能存算一体器件能够通过多个能存算一体化单元的状态信息执行信息处理功能，同时由于能存算一体化单元可预先储存能源，且信息处理过程与能量变化过程耦合，故使得能存算一体器件执行信息处理功能时无需额外提供电能源，提高了能存算一体器件的能量利用率。同时，能量供给与信息处理耦合的设计使得能存算一体器件体积更小，大大提供了空间利用率。由于能存算一体器件中的各能存算一体化单元的状态信息集合能够同时承载计算功能和数据存储功能，故该能存算一体器件能够使数据存储与计算为一体，使得能存算一体器件在进行计算时减少了数据调用的过程，进而有效加快了能存算一体器件的运算速度。4、将基底的尺寸设置在0.1cm至100cm区间，基底既能搭载较大数量的能存算一体化单元，实现能存算一体器件的多功能性，又能缩小能存算一体器件的整体结构，便于能存算一体器件的安装使用。且将能存算一体化单元的尺寸设置在1nm至10μm区间，能存算一体化单元既能满足使用要求，又便于加工制作。5、本设计集流电极层为Pt/Ti复合电极层，即为由Pt层与Ti层组合而成的集流电极层。Pt/Ti复合电极具有良好的耐腐蚀性，可以在非常苛刻恶劣的条件下使用，因此集流电极层采用Pt/Ti复合电极层，能够进一步提高能存算一体化单元的稳定性。6、利用PVD技术进行镀膜时，膜层的厚度为微米级，所镀膜层厚度较薄，能够维持工件尺寸基本不变。因此，本设计通过PVD技术的镀膜方法来制作能存算一体化单元，在基底上完成镀膜后不须再加工，进一步简化了能存算一体化单元的制作流程。同时，采用PVD技术进行镀膜的膜层具有组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀等优点，能够提高膜层与基底之间的结合强度，并产生卓越的附着力，在基底弯折后膜层亦不会发生裂化或剥落，进一步提高了能存算一体化单元的可靠性。且Li层、LiPON层及工作电极均采用PVD技术进行镀膜，采用同一方式进行镀膜更加方便简洁，进一步提高了能存算一体化单元的制作效率。7、本设计将基板上的若干能存算一体化单元进行互联，能够实现若干能存算一体化单元之间的信息与能量传递，进而能够实现能存算一体器件的多功能性，具有较高的实用性。【附图说明】图1是本专利技术第一实施例提供的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能存算一体化单元，其特征在于：所述能存算一体化单元包括对电极、电解质和工作电极，所述电解质设于所述对电极与所述工作电极之间，可迁移离子经由所述电解质在所述工作电极和所述对电极之间迁移，基于可迁移离子在所述工作电极中的含量变化得到对应的状态信息；/n其中所述对电极为Li层，所述电解质为LiPON层，所述工作电极为LiMnO

【技术特征摘要】
1.一种能存算一体化单元，其特征在于：所述能存算一体化单元包括对电极、电解质和工作电极，所述电解质设于所述对电极与所述工作电极之间，可迁移离子经由所述电解质在所述工作电极和所述对电极之间迁移，基于可迁移离子在所述工作电极中的含量变化得到对应的状态信息；
其中所述对电极为Li层，所述电解质为LiPON层，所述工作电极为LiMnO2、LiCoO2、LiFePO4中的至少一者。


2.如权利要求1所述的能存算一体化单元，其特征在于：所述Li层的厚度为1nm至100μm，所述工作电极的厚度为1nm至100μm，所述LiPON层的厚度为1nm至10μm。


3.一种能存算一体器件，其特征在于：所述能存算一体器件包括基底及至少二如权利要求1所述的能存算一体化单元，所述能存算一体化单元设置在所述基底上，所述能存算一体器件基于多个所述能存算一体化单元的状态信息执行信息处理功能。


4.如权利要求3所述的能存算一体器件，其特征在于：所述能存算一体化单元进一步包括集流电极层，所述集流电极层设置在所述基底上，所述工作电极和/或所述对电极形成于所述集流电极层上。


5.如权利要求3所述的能存算一体器件，其特征在于：所述能存算一体化单元的尺寸大小为1nm至10μm，所述基底的尺寸大小为0.1cm至100cm。


6.如权利要求4所述的能存算一体器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：向勇，张晓琨，郝杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51