CN113346013B - 一种电子器件的制备方法、电子器件及信息系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子集成器件的技术领域，涉及一种电子器件的制备方法、电子器件及信息系统，制备方法包括如下步骤：根据选取的对电极材料匹配工作电极材料；工作电极材料具有存储锂离子和释放锂离子的功能，并可基于锂离子含量的变化得到对应的状态信息；利用该工作电极材料形成工作电极层，在所述工作电极层上形成电解质层；在电解质层上形成选取对电极材料的对电极层，使得制备获得的电子器件能对应将对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，本身信息处理无需额外提供电能源，降低功耗和提高效率。其中，信息处理包括信息计算、信息存储，提高信息处理的效率，同时降低功耗，突破了传统计算器件计算能力提升的功耗壁垒。
Description
【技术领域】
本发明涉及电子集成器件的技术领域，尤其涉及一种电子器件的制备方法、电子器件及信息系统。
【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增加。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的计算能力，则需要不断增加单位面积上的计算单元，这加剧了功耗和散热等问题。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。可通过向人类大脑学习，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】
为克服目前计算器件能量效率低、功耗大的缺陷，本发明提供一种电子器件的制备方法、电子器件及电子系统。
本发明为了解决上述技术问题，提供一技术方案：一种电子器件的制备方法，所述电子器件包括对电极和工作电极，电子器件的制备方法包括如下步骤：选取对电极材料，根据选取的对电极材料匹配工作电极材料；所述对电极材料包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极材料具有存储锂离子和释放锂离子的功能，并可基于锂离子含量的变化得到对应的所述工作电极和所述对电极之间的电势差，且所述电势差的变化过程为所述电子器件释放电能或得到电能的过程与所述电子器件信息处理的过程的耦合；利用该工作电极材料形成工作电极层，在所述工作电极层上形成电解质层；在所述电解质层上形成选取对电极材料的对电极层。
优选地，所述工作电极材料包括利用过渡金属与ⅥA族非金属元素合成的二维无机化合物；电子器件的制备方法包括如下步骤：利用CVD方法在预设衬底上合成所述工作电极材料并形成工作电极薄膜层；通过离子蚀刻或者光刻显影的方式对所述工作电极薄膜层进行处理以获得工作电极层。
优选地，电子器件的制备方法中在工作电极层上形成电解质层还包括如下步骤：通过光刻显影的方式对所述工作电极层进行处理以获得电解质图案；利用磁控溅射方法将电解质材料沉积在所述电解质图案上后，洗去用于形成电解质图案的光刻胶以获得电解质层。
优选地，电子器件的制备方法中形成对电极层还包括如下步骤：通过光刻显影的方式对所述电解质层进行处理以获得锂源沉积图案；利用PVD沉积技术、电镀或化学镀将所述对电极材料形成在所述锂源沉积图案上后，洗去用于形成锂源图案的光刻胶以获得对电极层，所述对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物。
优选地，电子器件的制备方法还包括如下步骤：通过光刻显影的方式对所述对电极层和工作电极层进行处理以获得形成在所述对电极层上的第一集流体图案和形成在所述工作电极薄膜层上的第二集流体图案；利用磁控溅射技术、电镀或化学镀技术将第一集流体材料和第二集流体材料分别沉积在所述第一集流体图案和第二集流体图案以获得电芯结构；对所述电芯结构进行封装和/或与外设的电路结构进行互联以获得电子器件。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种电子器件，所述电子器件由上所述的方法制备获得：所述电子器件包括对电极，工作电极以及位于对电极和工作电极中的电解质，所述工作电极和所述对电极匹配，所述对电极包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极具有存储锂离子和释放锂离子的功能，所述工作电极可基于其中锂离子含量的变化得到对应的电势差。
优选地，所述对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物；所述工作电极材料包括Mo、W、V的硫化合物、Mo、W、V的硒化合物、Mo、W、V的碲化合物或者Mxene类二维无机化合物中的一种或者多种的组合，电解质为固体电解质。
优选地，所述电子器件还包括衬底、至少一第一集流体和第二集流体，所述工作电极形成在所述衬底上，所述电解质形成在所述工作电极远离所述衬底的一面，所述对电极形成在所述电解质远离所述工作电极的一面，所述第一集流体和所述第二集流体之一者设置在所述工作电极上，另一者设置在所述对电极上；或在所述工作电极的两端均设有第一集流体，第二集流体设置在对电极上。
优选地，所述工作电极的厚度尺寸为：1nm-100μm，所述对电极的厚度尺寸为：1nm-100μm。
在本发明中，提供一第一集流体和一第二集流体，所述第一集流体和所述第二集流体之一者设置在所述工作电极上，另一者设置在所述对电极上，这样的话，就形成了两端器件，可以通过检测对电极和工作电极之间的电势差来对状态进行区分。
在本发明中，制作两个第一集流体和一第二集流体，第一集流体与第二集流体电性连接，两第一集流体分设于工作电极的两端并均与工作电极电性连接以用于检测所述工作电极的阻值，第二集流体与对电极电性连接；这样的话，就形成了三端器件，可以通过检测工作电极的阻值来对状态进行区分。
为了解决上述技术问题还提供一种信息系统，所述信息系统包括如上所述电子器件和处理器，所述处理器通过控制锂离子在所述工作电极和所述对电极之间的迁移，以实现储能功能和/或信息处理。
相对于现有技术，本发明提供的电子器件的制备方法、电子器件和信息系统具有如下有益效果：
一种电子器件的制备方法，所述电子器件包括对电极和工作电极，电子器件的制备方法包括如下步骤：选取对电极材料，根据选取的对电极材料匹配工作电极材料；所述对电极材料包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极材料具有存储锂离子和释放锂离子的功能，并可基于锂离子含量的变化得到对应的所述工作电极和所述对电极之间的电势差，且所述电势差的变化过程为所述电子器件释放电能或得到电能的过程与所述电子器件信息处理的过程的耦合；利用该工作电极材料形成工作电极层，在所述工作电极层上形成电解质层；在所述电解质层上形成选取对电极材料的对电极层，使得制备获得电子器件能对应将对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，本身信息处理无需额外提供电能源，其是利用对电极及工作电极所形成的基础电能源结构中存储的电能源，以及在锂离子移动的过程之中所对应的工作电极的状态变化，并基于该状态变化本身来对应的不同的电势差来做信息处理。其中，信息处理包括信息计算、信息存储。本发明能够有效提高信息处理的效率，降低数据读取造成的时延，同时大幅降低计算功耗，突破了传统计算器件计算能力提升的技术瓶颈。
【附图说明】
图1为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法制备获得的电子器件的局部剖视结构示意图；
图2为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法的流程图；
图3为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法中步骤S2的细节流程图；
图4为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法中步骤S22的细节流程图；
图5为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法中在衬底上形成的工作电极薄膜层的俯视结构示意图；
图6为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法中步骤S222的细节流程图；
图7为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法中在衬底上形成的工作电极阵列结构的俯视结构示意图；
图8为本发明第一实施例中提供的电子器件的制备方法中在衬底上形成的工作电极阵列结构的局部剖视结构示意图；
图9为本发明第一实施例的变形实施例中提供的电子器件的制备方法中步骤S2的细节流程图；
图10为本发明第二实施例提供的电子器件的平面结构示意图；
图11为本发明第二实施例提供的电子器件的局部剖视结构示意图；
图12是本发明第二实施例提供的电子器件中形成有电解质时的俯视结构示意图；
图13是本发明第二实施例提供的电子器件中形成有电解质时的局部剖视结构示意图；
图14是本发明第二实施例提供的电子器件中形成有对电极时的俯视结构示意图；
图15是本发明第二实施例提供的电子器件中形成有对电极时的局部剖视结构示意图；
图16是本发明第二实施例提供的电子器件中形成有集流体时的俯视结构示意图；
图17是本发明第二实施例提供的电子器件为三端器件的剖视结构示意图；
图18是本发明第二实施例提供的工作电极中锂离子的含量与电势差之间的关系示意图；
图19是本发明第三实施例提供的信息系统的结构示意图。
附图标识说明：
10、电子器件；101、对电极层；102、工作电极层；103、集流体；104、衬底；105、电解质层；
2、电子器件；201、对电极；202、工作电极；2031、第一集流体；2032、第二集流体；204、衬底；205、电解质。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种电子器件的制备方法，所述电子器件10包括依次叠加设置的衬底104、工作电极层102、电解质层105和对电极层101以及分别设置在所述工作电极层102和对电极层101上的集流体103。电子器件的制备方法包括如下步骤：
S1、选取对电极材料，根据选取的对电极材料匹配工作电极材料；
S2、利用该工作电极材料形成工作电极层，在所述工作电极层上形成电解质层，在所述电解质层上形成选取对电极材料的对电极层。
在上述步骤S1中，所述对电极材料包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极材料具有存储锂离子和释放锂离子的功能，并可基于锂离子含量的变化得到对应的状态信息。
在一些具体的实施例中，所述对电极材料主要起到提供锂离子，且在一定的锂离子含量的区间范围内，对锂离子电势相对稳定，等量锂离子含量变化导致的电势浮动至少比工作电极低一个数量级。
对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物。可选地，锂离子化合物包括LiMnO2、LiCoO2，LiFePO4等电极材料。
所述工作电极材料包括利用ⅥB族过渡金属与ⅥA族非金属元素合成的二维无机化合物。可选地，所述工作电极材料包括Mo、W、V的硫化合物、Mo、W、V的硒化合物、Mo、W、V的碲化合物或者Mxene类二维无机化合物中的一种或者多种的组合。具体可以包括：MoS2，WS2，VS2，MoSe2，WSe2，VSe2，MoTe2，WTe2，VTe2等二维材料中的任一种。
请参阅图3，在步骤S2中，根据匹配的工作电极材料进一步设定制备所述电子器件的方法具体包括如下步骤：
S21、提供衬底；
S22、利用CVD方法在所述衬底上合成所述工作电极材料并形成工作电极薄膜层；
S23、通过离子蚀刻或者光刻显影的方式对所述工作电极薄膜层进行处理以获得工作电极层；
S24、提供电解质材料；
S25、通过光刻显影的方式对所述工作电极阵列结构进行处理以获得电解质沉积图案，及；
S26、利用磁控溅射方法将所述电解质材料沉积在所述电解质沉积图案上以获得电解质。
需要说明的是：步骤S24可以是在执行步骤S21、步骤S22或步骤S23中任一步骤之前获得之后执行均可以。
在上述步骤S21中，衬底通常为硅基材料，同时在进行步骤S22之前还需要对所述衬底进行清洗。通常利用无水乙醇等有机溶剂对衬底进行清洗。
请参阅图4，在步骤S22中，利用CVD方法在所述衬底上合成所述工作电极材料并形成工作电极薄膜层具体包括如下步骤：
S221：将钨源、钼源或者钒源与硫源、硒源、碲源反应获得前驱体；
S222：利用CVD技术将所述前驱体分解以获得工作电极材料并形成工作电极薄膜层。
请参阅图5，工作电极薄膜层1041即对应形成在衬底104上。
请参阅图6，步骤S222中利用CVD技术将所述前驱体分解以获得工作电极材料并形成工作电极薄膜层，具体包括如下步骤：
S2221：将工作电极材料通入管式炉中，流量为10-1000sccm；
S2222：通过氩气作为保护气，流量为50-500sccm；
S2223：调节沉积温度为250-800℃，常压下沉积20-90min。
在上述步骤S23中，需要说明的是，需要在衬底104上将制备获得的工作电极薄膜层1041分成多个相互的工作电极层104，多个工作电极层104之间可以是以阵列的形式排布或者以其它的形式排布；或者是单个的结构均可以。每个工作电极层104有其对应的尺寸，是人为进行设定的。其具体尺寸为4nm-50μm之间，尺寸可以是长度尺寸或者宽度尺寸。因此，在本步骤中主要基于设定的工作电极层104的尺寸利用光刻显影技术或者离子蚀刻技术对工作电极薄膜层1041进行处理即可获得工作电极阵列结构。而光刻显影技术和现有的半导体制备过程中的光刻显影技术原理相类似，在此不再赘述。
请参阅图7，其对应为制备获得的工作电极阵列结构的示意图，对应设置为两行两列工作电极阵列结构。其排布方式和数量仅仅是一个举例说明。
请参阅图8，其对应为一个工作电极104对应的长度尺寸为L1，具体数值范围为：4nm-50μm。其厚度尺寸d1的范围为：1nm-100μm，进一步地，所述厚度尺寸d1的范围为1nm-1000nm。
在上述步骤S24中，电解质材料包括：磷酸锂(Li3PO4)、碳酸锂(Li2CO3)、锂磷氧氮固态电解质(LiPON)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、石榴石型的Li7La3Zr2O12、或者Li7La3Zr2O12改性掺杂物中的任一种。在一些具体的实施例中，电解质为固体电解质或者液体电解质，在本发明中优选为固体电解质。
在上述步骤S25，通过光刻显影的方式对所述工作电极层进行处理以获得电解质沉积图案，主要是基于设定的电解质层105的尺寸利用光刻显影技术获得电解质沉积图案。电解质层105的尺寸为：3nm-47nm。其尺寸可以是长度尺寸或者宽度尺寸，可选地，其厚度尺寸为：50nm-5μm。
请再次参阅图1，电解质层105沉积在所述工作电极层102远离衬底104的一侧，同时电解质层105长度尺寸方向的一侧与衬底104接触，另一侧相对所述衬底104悬空。
步骤S26中利用磁控溅射方法将所述电解质材料沉积在所述电解质沉积图案上以获得电解质层105，具体选用LiPON时进行举例说明，具体操作过程可以如下：打开磁控溅射设备的电源，依次打开水冷机、打开压缩机、充入空气使室内气压达到大气压；
打开溅射腔体，安装LiPON靶材，放入形成有电解质沉积图案的衬底样品，关闭腔体；
然后打开机械泵，缓慢打开旁抽阀，通过机械泵将腔室内真空度抽到10Pa或以下；
关闭旁抽阀，打开分子泵和插板阀，将腔内气压抽至5*10-4Pa或以下；通入氮气，氮气流量为30-50mL/min，调整腔体气压到2Pa或者以下，设置LiPON的功率为80-100W，打开挡板启辉，启辉后将气压调整到1Pa或者以下；
镀膜：打开公转开关，启辉后关闭挡板，预溅射6-30min，去除靶材表面杂质；打开挡板进行薄膜溅射，溅射时间为40-80min；
溅射结束：溅射完成后，依次关闭挡板，公转开关，溅射电源和气瓶；关闭插板阀；
取样：打开放气阀，使腔体内气压达到大气压水平，打开腔体，取出样品。
请参阅图9，步骤S2进一步包括如下步骤：
S27、提供对电极材料，所述对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物；
S28、通过光刻显影的方式对所述电解质层进行处理以获得锂源沉积图案；
S29、利用PVD沉积技术、电镀或化学镀将所述对电极材料形成在所述锂源沉积图案上后，洗去用于形成锂源图案的光刻胶以获得对电极层。
其中步骤S27可以在执行上述步骤S21-S26任一步骤之前或者之后执行均可以。
在步骤S27中，锂离子化合物包括LiMnO2、LiCoO2，LiFePO4等材料。
在步骤S28中，主要基于设定的对电极层101的尺寸利用光刻显影技术技术对电解质层105进行处理即可获得锂源沉积图案。对电极层101的尺寸范围为：2nm-45μm，具体可以是长度尺寸或者宽度尺寸。同时，对电极层101叠加在电解质层105上，同时对电极层101长度方向的一端与衬底104接触，相对的另一端相对衬底悬空。工作电极层102和对电极层101在同一侧和衬底104接触，在同一侧相对衬底104悬空。同时对电极层101未与衬底104接触的一端相较工作电极层102未与衬底104接触的一端短。以避免对电极层101和工作电极层102之间出现短路现象。
在上述步骤S29中，利用PVD沉积技术将所述对电极材料形成在所述锂源沉积图案上以获得对电极层101，以对电极材料为LiMnO2(LMO)时进行说明。通过利用PVD沉积技术中的磁控溅射在锂源沉积图案上镀上对电极层101，对电极层101的厚度尺寸为：1nm-100μm。在步骤S29中，将所述对电极材料形成在所述锂源沉积图案上的方法除了以PVC沉积技术、电镀或化学镀之外，还可以为其他成型方法。
具体步骤如下：
打开磁控溅射设备的电源，依次打开水冷机、打开压缩机、充入空气使室内气压达到大气压；
打开溅射腔体，安装LMO靶材，放入带锂源沉积图案的衬底样品，关闭腔体；
然后先打开机械泵，缓慢打开旁抽阀，通过机械泵将腔室内真空度抽到10Pa或以下；
关闭旁抽阀，打开分子泵和插板阀，将腔内气压抽至5*10-4Pa以下；通入氩气和氧气，氩气流量为100-200mL/min，氧气流量为2-5mL/min，调整腔体气压到1.0Pa或以下，设置LMO的功率为100-150W；打开挡板启辉，启辉后将气压调整到0.5Pa或以下；
镀膜：打开公转开关，启辉后关闭挡板，预溅射6-10min，去除靶材表面杂质；打开挡板进行薄膜溅射，溅射时间为40-80min；
溅射结束：溅射完成后，依次关闭挡板，公转开关，溅射电源和气瓶；关闭插板阀；
取样：打开放气阀，使腔体内气压达到大气压水平，打开腔体，取出样品。
执行完步骤S29之后，进一步执行如下步骤：
S30、通过光刻显影的方式对所述对电极层和工作电极层进行处理以获得形成在所述对电极层上电的第一集流体图案和形成在所述工作电极层上的第二集流体图案；
S31、利用磁控溅射技术、电镀或化学镀技术将第一集流体材料和第二集流体材料分别沉积在所述第一集流体图案和第二集流体图案以获得电芯结构，所述第一集流体材料和第二集流体材料之一者为正极集流体材料另一者为负极集流体材料。
在步骤S31中，第一集流体和第二集流体的材料包括铂(Pt)金或者其它集流体材料。以下以铂(Pt)进行说明。可以理解，在上述步骤S31中，利用磁控溅射技术、电镀或化学镀技术将第一集流体材料和第二集流体材料分别沉积在所述第一集流体图案和第二集流体图案以获得电芯结构中，对应所采用的磁控溅射技术、电镀或化学镀技术仅作为本实施例的一些示例，不作为本发明的具体限定。
主要利用PVD沉积技术中磁控溅射技术沉积，具体操作过程可以如下：打开设备电源，开水冷机，开压缩机，充入空气使室内气压达到大气压；
打开溅射腔体，安装Pt靶材，放入第一集流体图案和第二集流体图案的衬底样品，关闭腔体；
然后先打开机械泵，缓慢打开旁抽阀，通过机械泵将腔室内真空度抽到10或Pa以下；
关闭旁抽阀，打开分子泵和插板阀，将腔内气压抽至5*10-4Pa以下；通入氩气，氩气流量为100-200mL/min，调整腔体气压到2Pa或以下，设置Pt的功率为20-50W，打开挡板启辉，启辉后将气压调整到1Pa或以下；
镀膜：打开公转开关，启辉后关闭挡板，预溅射6-10min，去除靶材表面杂质；打开挡板进行薄膜溅射，溅射时间为20-60min；
溅射结束：溅射完成后，依次关闭挡板，公转开关，溅射电源和气瓶；关闭插板阀，分子泵；关闭机械泵；
取样：打开放气阀，使腔体内气压达到大气压水平，打开腔体，取出样品。
取出样品后：关闭腔体，打开机械泵，打开旁抽阀，将腔内气压抽到10Pa或以下，使腔体保持在高真空状态下；关闭旁抽阀，关机械泵；关闭电源、水冷机及压缩机。
在一些实施例中，执行完步骤S31之后，进一步执行如下步骤：对所述电芯结构进行封装以获得电子器件。如果为了使得电子器件可以和外界进行传递信号或者进行信息的处理，进一步与外设的电路结构进行互联。
请参阅图10和图11，本发明第二实施例提供一种电子器件2，所述电子器件2由第一实施例所提供的方法制备获得。电子器件2包括以阵列形式设置的多个电子单元体20。当然，多个电子单元体20之间也可以是其他的排列方式。每个电子单元体20包括依次叠加设置的衬底204、工作电极202、电解质205和对电极201以及分别设置在所述工作电极202和对电极201上的集流体。所述工作电极202和所述对电极201匹配，所述对电极201包括具有向所述工作电极202提供锂离子的对电极材料，所述工作电极202具有存储锂离子和释放锂离子的功能，基于所述工作电极202中锂离子含量的变化得到对应的信号信息。
集流体包括第一集流体层2031和第二集流体层2032。所述工作电极202形成在所述衬底204上，所述电解质205形成在所述工作电极202远离所述衬底204的一面，所述对电极201形成在所述电解质205远离所述工作电极202的一面，所述第一集流体2031和所述第二集流体2032之一者设置在所述工作电极202上另一者设置在所述对电极201上。
所述对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物，具体和实施例提供的对电极材料相同，在此不再赘述。
所述工作电极材料包括Mo、W、V的硫化合物、Mo、W、V的硒化合物、Mo、W、V的碲化合物或者Mxene类二维无机化合物中的一种或者多种的组合。具体和实施例提供的对电极材料相同，在此不再赘述。
请结合图11、图12和图13，工作电极202具体尺寸为4nm-50μm之间，在此处定义为长度尺寸M1。其厚度尺寸H1为10nm-10μm。电解质205的长度尺寸M2为3nm-47nm，厚度尺寸H2为：50nm-5μm。电解质205沉积在所述工作电极202远离衬底204的一侧，同时电解质205长度尺寸方向的一侧与衬底204接触，另一侧相对所述衬底204悬空，即不与衬底204接触。
请参阅图图14和图15，对电极层101的长度尺寸M3的范围为：2nm-45μm，所述对电解层101的厚度尺寸H3的范围为：1nm-100μm。
请参阅图11和图16，第一集流体2031和第二集流体2032的厚度尺寸范围为：10nm-10μm。
可选地，在一些具体的实施例中，所述信号信息包括所述工作电极202与所述对电极201之间的电势差；或者所述工作电极202的阻抗变化值。
请参阅图17，在一些具体实施例中，所述电子器件2可包括衬底204、两个第一集流体2031和一个第二集流体2032，所述工作电极202形成在所述衬底204之上，所述电解质205形成在所述工作电极202远离所述衬底204的一面，所述对电极201形成在所述电解质205远离所述工作电极202的一面，在所述工作电极202的两端均设有所述第一集流体2031，并将第二集流体2032设置在对电极201之上，以使所述电子器件2形成三端器件。
请参阅图18，根据所述工作电极202的电压具备可识别性对工作状态进行说明。当对电极201中的锂离子由所述对电极201向电解质205、工作电极202迁移时，所述电子单元体20处于放电状态，宏观上体现为锂离子从对电极201移动到工作电极202，放电状态对应所述工作电极202的锂离子含量的变化而产生状态信息。
具体地，以所述对电极201为锂金属，工作电极202为二硫化钼为例。从微观层面上，在放电过程中，所述电子单元体20所产生的能量是由于锂离子与二硫化钼所形成的物质中，二硫化钼中的钼会变价进而产生能量。具体地，锂离子原本为正一价，对应的锂离子嵌入二硫化钼中时，二硫化钼中的钼就会降低一价，具体在钼降低一价的过程中，其体现为对应的电子从一个能级移动到另一个能级并释放出对应的能量。因此，由于二硫化钼中钼的价态变化，且对应嵌入锂含量的二硫化钼相对于对电极的电势也对应显著地改变，其体现出来所述电子单元体20在放电前后明显的电势差异，因此，对电极201与工作电极202之间的电势差也会对应发生变化。
当锂离子由所述工作电极202向电解质205、对电极201迁移时，所述电子单元体20处于充电状态，也即，宏观上体现为锂离子从工作电极202到对电极201。处于此状态时，所述电子单元体20不仅可以存储电能源，也可基于所述工作电极202中锂离子含量的变化，而对应产生状态信息。
对应的能源可预先存储在对电极201、电解质205及工作电极202所形成的电子单元体20中。当需要执行一个计算指令或者存储指令时，对应将对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。在本实施例中，所述电子单元体20本身信息处理无需额外提供电能源，其是利用对电极201、电解质205及工作电极202所形成的基础电能源结构中存储的电能源，以及在锂离子移动的过程之中所对应的工作电极202的状态变化，并基于该状态变化本身来对应的不同的状态信息来做信息处理。其中，信息处理包括信息计算、信息存储。
当状态信息为工作电极与对电极之间的电势差时，至少一集流体与对电极电性连接，且至少一集流体与工作电极电性连接，通过集流体对工作电极与对电极之间的电势差进行测量，则根据电势差的大小，可得到对应状态信息。二集流体分别与对电极和工作电极连接的方式使得对对电极和工作电极之间的电势差的测量更加准确。当状态信息为工作电极的阻抗时，至少一集流体与对电极电性连接，且二个集流体分别与工作电极的相对两端电性连接，此连接方式使得能够准确测量到工作电极的阻抗大小。由此可见，电子单元体对应的状态信息为工作电极与对电极间的电势差或工作电极的阻抗，使得能电子单元体的使用方式和功能更多样化。
请参阅图19，本发明第三实施例提供一种信息系统30，所述信息系统30包括如第二实施例提供的电子器件2和处理器301，所述处理器30通过控制可迁移带电粒子在所述工作电极202和所述对电极201之间的迁移，以实现储能功能和/或信息处理。
相对于现有技术，本发明提供的电子器件的制备方法、电子器件和信息系统具有如下有益效果：
选取对电极，根据选取的对电极匹配工作电极；所述对电极包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极具有存储锂离子和释放锂离子的功能，基于所述工作电极中锂离子含量的变化得到对应的信号信息；所述工作电极包括工作电极材料，根据匹配的工作电极所包括的工作电极材料设定制备所述电子器件的方法，使得制备获得电子器件能对应将对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，本身信息处理无需额外提供电能源，其是利用对电极及工作电极所形成的基础电化学电池结构中存储的电能源，以及在锂离子移动的过程之中所对应的工作电极的状态变化，并基于该状态变化本身来对应的不同的状态信息来做信息处理。其中，信息处理包括信息计算、信息存储，提高信息处理的效率，同时降低功耗，突破了传统计算器件计算能力提升的功耗壁垒。
在本发明中，所述对电极材料包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极材料包括利用过渡金属与ⅥA族非金属元素合成的二维无机化合物；基于特定对电极、工作电极材料的选择，可实现在在一定的锂离子含量变化范围内，电极中锂离子含量与电势差是一一对应的单调变化关系，那么就可以从中挑选出多个不同的状态，来作为进行计算和存储的依据，这突破了传统晶体管只有两种状态的限制。
这些挑选出的多个不同状态对应的电极中锂离子含量、电极间电势差都是不同的，且是连续的单调变化关系，即电极中锂离子含量和电极间电势差都是连续单调变化的，这样的话，电极中锂离子含量在变化前后是具有可追溯性的，电极中锂离子含量一旦变化，电极间电势差就会变得不同，且在该一一对应的线性关系范围内，并不存在另一个电势差与其相等的点，也就是说，每一个状态都具有单独性。这样的话，能存算一体器件对于通过它的电荷是具有“记忆”功能的，即根据其在状态变化前后的电势差，能够反应出通过其的电荷量和电荷通过时的运动方向，实现对信息或变化过程的“记忆”。不仅可以用于计算，也可以用于信息存储，还可以记录信息变化过程，实现了储能、计算、信息存储一体化的同时，具备对通过它的电荷的记忆特性，具有用于搭建神经网络的潜力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电子器件的制备方法，其特征在于，所述电子器件包括对电极和工作电极，电子器件的制备方法包括如下步骤：
选取对电极材料，根据选取的对电极材料匹配工作电极材料；所述对电极材料包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极材料具有存储锂离子和释放锂离子的功能，并可基于锂离子含量的变化得到对应的所述工作电极和所述对电极之间的电势差，且所述电势差的变化过程为所述电子器件释放电能或得到电能的过程与所述电子器件信息处理的过程的耦合；
利用该工作电极材料形成工作电极层，在所述工作电极层上形成电解质层；在所述电解质层上形成选取对电极材料的对电极层。
2.如权利要求1所述的电子器件的制备方法，其特征在于：
所述工作电极材料包括利用过渡金属与ⅥA族非金属元素合成的二维无机化合物；电子器件的制备方法包括如下步骤：
利用CVD方法在预设衬底上合成所述工作电极材料并形成工作电极薄膜层；
通过离子蚀刻或者光刻显影的方式对所述工作电极薄膜层进行处理以获得工作电极层。
3.如权利要求2所述的电子器件的制备方法，其特征在于：
电子器件的制备方法中在工作电极层上形成电解质层还包括如下步骤：
通过光刻显影的方式对所述工作电极层进行处理以获得电解质图案；
利用磁控溅射方法将电解质材料沉积在所述电解质图案上后，洗去用于形成电解质图案的光刻胶以获得电解质层。
4.如权利要求3所述的电子器件的制备方法，其特征在于：电子器件的制备方法中形成对电极层还包括如下步骤：
通过光刻显影的方式对所述电解质层进行处理以获得锂源沉积图案；
利用PVD沉积技术、电镀或化学镀将所述对电极材料形成在在所述锂源沉积图案上后，洗去用于形成锂源图案的光刻胶以获得对电极层，所述对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物。
5.如权利要求4所述的电子器件的制备方法，其特征在于：电子器件的制备方法还包括如下步骤：
通过光刻显影的方式对所述对电极层和工作电极层进行处理以获得形成在所述对电极层上的第一集流体图案和形成在所述工作电极薄膜层上的第二集流体图案；
利用磁控溅射技术、电镀或化学镀技术将第一集流体材料和第二集流体材料分别沉积在所述第一集流体图案和第二集流体图案以获得电芯结构；及
对所述电芯结构进行封装和/或与外设的电路结构进行互联以获得电子器件。
6.一种电子器件，其特征在于：所述电子器件由权利要求1-5中任一项所述的方法制备获得：所述电子器件包括对电极，工作电极以及位于对电极和工作电极中的电解质，所述工作电极和所述对电极匹配，所述对电极包括具有向所述工作电极提供锂离子的对电极材料，所述工作电极具有存储锂离子和释放锂离子的功能，所述工作电极可基于其中锂离子含量的变化得到对应的电势差。
7.如权利要求6所述的电子 器件，其特征在于：所述对电极材料包括金属锂或者含可迁移锂离子的化合物；所述工作电极材料包括Mo、W、V的硫化合物、Mo、W、V的硒化合物、Mo、W、V的碲化合物或者Mxene类二维无机化合物中的一种或者多种的组合，电解质为固体电解质；和/或所述工作电极的厚度尺寸为：1nm-100μm，所述对电极的厚度尺寸为：1nm-100μm。
8.如权利要求6所述的电子器件，其特征在于：所述电子器件还包括衬底、至少一第一集流体和第二集流体，所述工作电极形成在所述衬底上，所述电解质形成在所述工作电极远离所述衬底的一面，所述对电极形成在所述电解质远离所述工作电极的一面；所述第一集流体和所述第二集流体之一者设置在所述工作电极上，另一者设置在所述对电极上；或在所述工作电极的两端均设有第一集流体，第二集流体设置在对电极上。
9.一种信息系统，其特征在于：所述信息系统包括处理器和如权利要求6-8中任一项所述电子器件，所述处理器通过控制锂离子在所述工作电极和所述对电极之间的迁移，以实现储能功能和/或信息处理。
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