[发明专利]一种感存算一体化微纳电子器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种感存算一体化微纳电子器件及其制备方法。所述微纳电子器件包括：由上向下依次敷设的气体感知模块、信号判定模块、信号存算模块和工作阵列复位模块和基底；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；信号判定模块用于根据电压变化值确定信号存算模块中参与工作的计算单元的模式；信号存算模块用于存储电流变化值，并根据电流变化值计算待检测气体的浓度；工作阵列复位模块用于当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。本发明能在提高存算效率的同时降低器件能耗。

技术领域

本发明涉及微纳电子器件领域，特别是涉及一种感存算一体化微纳电子器件及其制备方法。

背景技术

随着计算机、微细加工技术的不断革新，半导体微纳电子技术已经成为现代科技发展的支柱性产业。近年来，随着物联网、边缘计算、深度学习、人工智能等新兴技术与产业的兴起，数据与信息成为了大数据时代中的必争资源。传统冯·诺伊曼体系结构的计算方式(串行和迭代处理)是基于时钟周期的集中式顺序操作，且采用了存储、计算单元分离式的模块框架设计，数据需要在感知节点(传感器)、处理节点(处理器)和存储节点(存储器)之间通过数据总线频繁、高密度地存储与调运。随着信息维度、计算任务和数据集容量的激增，传统冯·诺伊曼计算系统中低计算效率、高数据传输延迟和高能耗等缺陷开始日益凸显，这无疑限制了后摩尔时代电子信息等行业的发展。因此，如何设计一种计算效率高、能耗低的非冯·诺伊曼计算系统的微纳电子器件成为目前亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种感存算一体化微纳电子器件及其制备方法，以在提高存算效率的同时降低器件能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种感存算一体化微纳电子器件，包括：

无机柔性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。

可选的，所述气体感知模块为CuO和WO₃构成的多金属氧化物复合材料，且具有纳米级封闭曲面结构。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。