【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种铁电纳米颗粒电容器器件，特别是具有有限数量的铁电纳米颗粒，以提供可以单独寻址的离散剩余(remanent)铁电极化状态。特别地，每个纳米颗粒可以处于单畴铁电状态(monodomain ferroelectric state)。本公开还涉及一种用于设置铁电纳米颗粒的极化状态的方法。所述方法进一步涉及铁电纳米颗粒电容器器件在储层(reservoir computing)计算中的应用。
技术介绍
1、计算机行业致力于器件的持续小型化，以减少存储或切换一条信息(如逻辑位)所需的能量。为此，现有的计算电路采用标准二值逻辑来存储和处理信息。这些电路正达到其原子尺寸微型化和每位处理能量耗散的基本兰道尔原理所设定的基本极限。
技术实现思路
1、鉴于上述技术问题，需要一种多值逻辑器件。
2、在本公开的上下文中，术语多值逻辑器件可以指提供至少三种状态的器件，比如至少三种可切换和/或可单独寻址的逻辑状态或者至少三种可切换和/或可单独寻址的极化状态。换句话说，多值逻辑器件可以被认为是非二值逻辑器件。因此，多值逻辑器件不同于提供两种状态(即，可切换和/或可单独寻址的两种逻辑状态或极化状态)的二值逻辑器件。
3、采用多值逻辑器件可以减少能量损失并允许器件具有前所未有的高信息密度，从而克服传统器件的二值限制。探索多值逻辑对于实现非冯诺依曼计算至关重要。
4、尽管对能够实现可切换多值逻辑的系统进行了积极的研究，但多值逻辑器件的实际可行的物理实施方式之前仍然是一项未
5、当前在固态驱动器和闪速存储器中使用的伪多级逻辑单元的现有实施方式实际上包括单个二值(即，位)逻辑器件的组合。因此，它们需要位写入的模拟方法，这可能由于信息的随机丢失而导致逻辑单元的不稳定行为。
6、在本公开的第一方面，一种铁电(ferroelectric)纳米颗粒电容器器件包括一对彼此电绝缘的传导元件以及布置在所述对中的所述传导元件之间的铁电纳米颗粒。所述铁电纳米颗粒适于提供具有不同总铁电极化的至少三种极化状态。
7、因此，根据第一方面的铁电纳米颗粒电容器器件分别提供多值逻辑器件或多值逻辑的实施方式。
8、所述铁电纳米颗粒电容器器件可以适于选择性地将所述铁电纳米颗粒设置为所述至少三种极化状态中的任一种。例如，所述铁电纳米颗粒电容器器件可以适于在所述对中的一个传导元件处接收预选择的电压或预选择的电荷，以选择性地将所述铁电纳米颗粒设置为所述至少三种极化状态中的任一种，特别地其中所述对中的另一个传导元件适于携带恒定电荷。换句话说，所述铁电纳米颗粒的极化状态可以单独寻址。寻址极化状态可以是指将所述铁电纳米颗粒设置为相应的极化状态。
9、因此，所述铁电纳米颗粒电容器器件构成多值逻辑器件，其中每种极化状态用作多值逻辑的状态(例如，作为存储器级)，并且通过施加电荷进行的切换分别表示状态之间或存储器级之间的转换。
10、所述铁电纳米颗粒可以适于提供具有不同总铁电极化的至多64种离散极化状态、特别是具有不同总铁电极化的至多32种离散极化状态、特别是具有不同总铁电极化的至多16种离散极化状态、特别是具有不同总铁电极化的至多8种离散极化状态、特别是具有不同总铁电极化的至多4种离散极化状态。
11、为了单独寻址任何极化状态或在任何一对极化状态之间切换，所述铁电纳米颗粒电容器器件可以提供相应的路由，其中所述路由是明确定义的并且分别特定于要寻址的极化状态或特定于要在其间切换的极化状态对。在本公开的上下文中，术语路由可以是指要施加到所述传导元件中的至少一个的电荷、或要顺序施加到所述传导元件中的至少一个的电荷(即，不同的，如在总值和/或符号上不同)。
12、所述至少三种极化状态可以是至少三种剩余(remanent)极化状态。换句话说，所述铁电纳米颗粒可以适于保持所述至少三种极化状态中的任一种和/或保持所述至少三种极化状态中所设置的一种，特别是当没有电荷或电压施加到所述传导元件时。
13、这可以允许实施多值逻辑的存储器级。
14、所述极化状态可以是指所述铁电纳米颗粒的总极化状态，或者换句话说，是指所述铁电纳米颗粒整体的极化状态；例如与所述铁电纳米颗粒中的单个铁电纳米颗粒的单独极化状态相反。
15、(多个)极化状态可以是指(多个)铁电极化状态。
16、所述极化状态可以是离散极化状态。例如，所述至少三种极化状态可以是至少三种离散极化状态。
17、所述铁电纳米颗粒可以适于提供相应的单独极化状态、特别是离散的单独极化状态、如相应的单独向上极化和相应的单独向下极化状态。
18、(多个)单独极化状态可以是指(多个)单独铁电极化状态。
19、所述铁电纳米颗粒电容器器件可以适于切换所述铁电纳米颗粒中的单个铁电纳米颗粒的单独极化状态。所述铁电纳米颗粒电容器器件可以适于在切换所述单个铁电纳米颗粒的所述单独极化状态的同时保持剩余铁电纳米颗粒的单独极化状态。
20、所述铁电纳米颗粒可以具有相同的材料组成。
21、这可以便于所述器件的经济制造。
22、所述传导元件可以是指导电元件。
23、所述传导元件可以是传导层和/或传导板。
24、所述铁电纳米颗粒中的(特别是每个)铁电纳米颗粒可以被布置在所述传导元件的第一区段之间。换句话说，所述传导元件的所述第一区段可以对应于所述铁电纳米颗粒在所述传导元件上的投影。所述铁电纳米颗粒(或相应的铁电纳米颗粒)和所述传导元件的(相应的)第一区段可以限定铁电电容器(或相应的铁电电容器)。
25、在所述对中的所述传导元件之间可以布置至多10个铁电纳米颗粒、或至多5个铁电纳米颗粒、或至多3个铁电纳米颗粒、或确切地3个铁电纳米颗粒、或确切地2个铁电纳米颗粒。
26、相应有限数量的纳米颗粒可以提高极化状态之间切换的可靠性。
27、夹着所述铁电纳米颗粒之一的所述传导元件的区段可以限定相应的铁电电容器。换句话说，所述铁电纳米颗粒和夹着所述铁电纳米颗粒的所述传导元件的区段可以限定铁电电容器。
28、所述对中的所述传导元件可以包括彼此面对的相应表面，并且所述相应表面的相应表面积可以各自超过所述铁电纳米颗粒的总表面投影面积。
29、换句话说，所述传导元件可以包括相应的多余部分，在所述多余部分之间没有铁电纳米颗粒。
30、在对应的实施例中，超过所述铁电纳米颗粒的总表面投影面积的所述传导元件的表面积(或分别为在它们之间没有铁电纳米颗粒的相应表面的区段；或分别为所述传导元件的多余部分)可以限定介电电容器或介电电容器的电容。所述介电电容器可以适于提供介电电容。在它们之间没有铁电纳米颗粒的相应表面的区段可以是指相应表面的区段，其中铁电纳米颗粒填充相应表面之间的距离的小于50％、特别是小于40％、特别是小于30％、特别是小于20％、或特别是小于10％。
【技术保护点】
1.一种铁电纳米颗粒电容器器件(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，
3.根据权利要求1或2所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，其中，所述对中的所述传导元件(102，112)包括间隔开距离(d)的相应表面(108，118)，并且其中，所述铁电纳米颗粒(104a，104b)沿所述距离(d)的至少90％或沿整个距离(d)延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，进一步包括感测电极(504)，所述感测电极被布置在所述对中的传导元件(102，112)附近和/或所述铁电纳米颗粒电容器器件(100)的铁电纳米颗粒(104a，104b)附近。
5.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，其中，所述对(102，112)中的第一传导元件(102)适于携带恒定电荷和/或是电绝缘的和/或电浮动的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，进一步包括电荷控制器件(114)，所述电荷控制器件适于控制和/或改变所述对中的
7.根据权利要求6所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，
8.根据权利要求6或7所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，其中，所述电荷控制器件包括与传导元件(102，112)的所述对电绝缘的附加传导元件(202)，并且其中，所述电荷控制器件(114)适于在所述附加传导元件(202)与所述第二传导元件(112)之间施加电压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，进一步包括空间分辨输入或输出器件(506)，所述空间分辨输入或输出器件适于改变和/或读出铁电纳米颗粒(104a，104b)的单独极化状态(106a，106b)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，进一步包括人工神经网络(608)，所述人工神经网络适于在所述铁电纳米颗粒电容器器件(100)的传导元件(102，112，202)处或在所述铁电纳米颗粒电容器器件(100)的感测电极(504)处接收时间相关的电信号作为输入，或者适于接收由光学读出器件确定的信号作为输入。
11.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)作为用于储层计算的数据储层的用途。
12.一种用于操作铁电纳米颗粒电容器器件(100)的方法，其中，所述铁电纳米颗粒电容器器件(100)包括：
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括接收所述铁电纳米颗粒电容器器件(100)的输出，
14.根据权利要求13所述的方法，
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其包括在将所述持续时间低于1μs的所述脉冲(508)和/或所述脉冲序列施加到所述对中的所述传导元件(102，112)之前：
...【技术特征摘要】
1.一种铁电纳米颗粒电容器器件(100)，包括：
2.根据权利要求1所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，
3.根据权利要求1或2所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，其中，所述对中的所述传导元件(102，112)包括间隔开距离(d)的相应表面(108，118)，并且其中，所述铁电纳米颗粒(104a，104b)沿所述距离(d)的至少90％或沿整个距离(d)延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，进一步包括感测电极(504)，所述感测电极被布置在所述对中的传导元件(102，112)附近和/或所述铁电纳米颗粒电容器器件(100)的铁电纳米颗粒(104a，104b)附近。
5.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，其中，所述对(102，112)中的第一传导元件(102)适于携带恒定电荷和/或是电绝缘的和/或电浮动的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，进一步包括电荷控制器件(114)，所述电荷控制器件适于控制和/或改变所述对中的第二传导元件(112)上的电荷。
7.根据权利要求6所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，
8.根据权利要求6或7所述的铁电纳米颗粒电容器器件(100)，其中，所述电荷控制器件包括与传导元件(102，112)的所述对电绝缘的附加传导元件(202)，并且其...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·拉祖纳亚，Y·帝霍诺夫，I·卢肯楚克，V·维诺库尔，
申请(专利权)人：特拉量子股份公司，
类型：发明
国别省市：
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