[发明专利]一种感存算一体化微纳电子器件及其制备方法

权利要求书

1.一种感存算一体化微纳电子器件，其特征在于，包括：

基底以及由上向下依次敷设在所述基底上的气体感知模块、信号判定模块、信号存算模块和工作阵列复位模块；

所述气体感知模块为多金属氧化物复合材料，且含有载流子异质结构；所述气体感知模块用于吸附待检测气体，并根据参与粒子迁移的载流子浓度变化确定电流变化值和电压变化值；

所述信号判定模块用于根据所述电压变化值确定所述信号存算模块中参与工作的计算单元的模式；

所述信号存算模块用于存储所述电流变化值，并根据所述电流变化值计算所述待检测气体的浓度；

所述工作阵列复位模块用于当所述信号存算模块中所有的计算单元均参与工作时进行逐行复位操作；

所述气体感知模块包括布设在不同方向的多个感知单元，所述感知单元用于吸附对应方向上的待检测气体，以得到对应方向上参与粒子迁移的载流子浓度变化，从而确定对应方向上的电流变化值和电压变化值；

所述感知单元，具体包括：

载流子浓度变化确定子单元，用于确定参与粒子迁移的载流子浓度变化；所述载流子浓度变化包括吸附的待检测气体的气体分子数占敏感材料的百分比以及参与载流子迁移的气体分子数占敏感材料的百分比；

所述吸附的待检测气体的气体分子数占敏感材料的百分比的计算公式为C_X％＝S₁exp(-ai)+M₁exp(-bi)；其中，S1为吸附的待检测气体的气体分子数占敏感材料的百分比的静态参数，M₁为吸附的待检测气体的气体分子数占敏感材料的百分比的混合参数，a为载流子吸附参数，b为载流子迁移参数，i为电流值；a+b＝p′₁+v₁+v′₁，a·b＝v′₁(p′₁+c)，p′₁为敏感材料吸附气体分子的过程中的逆向反应占比，v₁为待检测气体参与的载流子迁移过程中的正向反应速率，v′₁为待检测气体参与的载流子迁移过程中的逆向反应速率，c为吸附的气体能够侵入至电极内部的侵入分子数占比；

所述载流子迁移的气体分子数占敏感材料的百分比的计算公式为C_z％＝S₂exp(-ai)+M₂exp(-bi)；S₂为载流子迁移的气体分子数占敏感材料的百分比的静态参数，M₂为载流子迁移的气体分子数占敏感材料的百分比的混合参数；

电流计算子单元，用于计算电流变化值；所述电流变化值的计算公式为

其中，I为电流变化值，n为同时投入工作的感知单元数量，sq为由n决定的单元系数，A为电流-运行载流子的三级相关系数，B为电流-运行载流子的二级相关系数，D为电流-运行载流子的一级相关系数，F为电流-运行载流子的常数项；

电压计算子单元，用于由所述电流变化值得到电压变化值。

2.根据权利要求1所述的一种感存算一体化微纳电子器件，其特征在于，所述信号判定模块包括多个阈值比较模块和一个多元信号处理模块；

一个所述阈值比较模块连接一个所述感知单元；每个所述阈值比较模块均与所述多元信号处理模块连接；所述阈值比较模块用于对所述电压变化值取反，得到电平信号；所述多元信号处理模块用于根据所有阈值比较模块的电平信号确定所述信号存算模块中参与工作的计算单元的模式。

3.根据权利要求2所述的一种感存算一体化微纳电子器件，其特征在于，所述多元信号处理模块包括叠加单元和比较单元；

叠加单元，用于将所有阈值比较模块的电平信号进行叠加；

比较单元，分别与1T1R结构和1T4R结构连接，用于判断叠加后的电平信号是否大于设定阈值，当叠加后的电平信号小于或等于所述设定阈值时，输出高电平信号，1T1R结构工作，否则1T4R结构工作。