उच्च तापमान मेमोरी स्टोरेज नवीनतम सफलता के साथ वास्तविकता के करीब पहुंचती है

अत्यधिक उच्च तापमान पर काम करने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स

तकनीक के विकास के साथ उपकरणों को अत्यधिक गर्मी सहित कठिन परिस्थितियों में काम करना पड़ता है। इसके लिए मिश्रित सिरेमिक और टंग्स्टन, टाइटेनियम या रोडियम जैसी विशेष धातुओं का उपयोग किया जाता है। प्रत्येक धातु से संबंधित निवेश मार्गदर्शिका ऊपर दिए गए लिंक पर उपलब्ध है।

इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए इन परिस्थितियों का सामना करना और कठिन है। रॉकेट का टाइटेनियम आवरण गर्मी सह सकता है, लेकिन लंबे समय तक भीतर ऊष्मा पहुँचने से पूरी तरह नहीं रोक सकता।

कंप्यूटर चिप में सूक्ष्म स्तर पर होने वाली प्रक्रियाएँ तापमान के प्रति संवेदनशील होती हैं। सामान्य सिलिकॉन इलेक्ट्रॉनिक्स की परिचालन सीमा होती है; विशेष चौड़े बैंडगैप वाले अर्धचालक अधिक तापमान पर काम कर सकते हैं। इसलिए सभी प्रकार के विद्युत परिपथों की एक समान तापमान सीमा नहीं है।

अंतरिक्ष यान, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और ड्रिलिंग प्रणालियों के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रणों को आसपास की गर्मी से बचाने के लिए शीतलन और तापीय सुरक्षा का उपयोग किया जाता है।

इसी संदर्भ में लगभग 1,100°F, अर्थात 600°C, पर जानकारी लिखने और सुरक्षित रखने वाली नई डिजिटल मेमोरी महत्वपूर्ण है। यह तापमान शुक्र की सतह के तापमान और सीसे के गलनांक से भी अधिक है।

मिशिगन विश्वविद्यालय और सैंडिया नेशनल लैबोरेटरीज़ के शोधकर्ताओं की यह उपलब्धि वैज्ञानिक पत्रिका Device में “संघटन के आधार पर चरण पृथक्करण से संभव हुई 600°C पर अवाष्पशील विद्युत-रासायनिक मेमोरी¹” शीर्षक से प्रकाशित हुई।

ऑक्सीजन-आधारित मेमोरी

यह मेमोरी ऑक्सीजन आयनों के स्थानांतरण से जानकारी की अवस्था बदलती है। सामान्य सिलिकॉन-आधारित मेमोरी में लगभग 300°F यानी 150°C से अधिक तापमान पर अनियंत्रित रिसाव धारा समस्या बन सकती है।

सामान्य मेमोरी में ऐसा तापीय प्रभाव जानकारी नष्ट कर सकता है। नई प्रणाली में ऊँचे तापमान पर भी स्थिर अवस्थाएँ बनाए रखने के लिए ऑक्सीजन-समृद्ध और धातु-समृद्ध क्षेत्रों का चरण पृथक्करण महत्वपूर्ण है; आयन गर्मी से पूरी तरह अप्रभावित नहीं होते।

यह कैसे काम करता है

मेमोरी में ऑक्सीजन आयनों के स्थानांतरण से टैंटलम ऑक्साइड की ऑक्सीजन सांद्रता बदलती है और टैंटलम-समृद्ध तथा ऑक्सीजन-समृद्ध क्षेत्र बनते हैं।

स्रोत: Cell Device

ठोस इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीजन आयनों के परिवहन की अनुमति देता है और इलेक्ट्रॉनिक आवेशों के सीधे आदान-प्रदान को सीमित करता है। टैंटलम-समृद्ध और ऑक्सीजन-समृद्ध क्षेत्रों का अलग बने रहना जानकारी की स्थिरता में मदद करता है। लागू वोल्टेज से अवस्था फिर बदली जा सकती है।

तीन प्लैटिनम इलेक्ट्रोड ऑक्सीजन आयनों के स्थानांतरण को नियंत्रित करते हैं।

यह प्रक्रिया बैटरी के चार्ज और डिस्चार्ज से मिलती-जुलती है, लेकिन इसका उद्देश्य ऊर्जा के बजाय जानकारी सुरक्षित रखना है।

स्रोत: Cell Device

प्रयोग में लगभग 1,100°F अर्थात 600°C पर जानकारी की अवस्थाएँ 24 घंटे से अधिक समय तक सुरक्षित रहीं।

केवल एक प्रारंभिक कदम

यह अवधारणा की व्यवहार्यता का प्रारंभिक प्रदर्शन है। बने हुए उपकरण में एक बिट जानकारी रखी गई। अधिक क्षमता के लिए आगे विकास और निवेश की आवश्यकता होगी।

“अब तक, हमने एक ऐसा डिवाइस बनाया है जो एक बिट रखता है, जो अन्य उच्च तापमान कंप्यूटर मेमोरी प्रदर्शनों के बराबर है। अधिक विकास और निवेश के साथ, यह सिद्धांत रूप में मेगाबाइट या गीगाबाइट डेटा रख सकता है।”

यियांग ली – U-M सहायक प्रोफेसर, सामग्री विज्ञान और अभियांत्रिकी

उच्च तापमान पर इसकी जानकारी बनाए रखने की क्षमता फेरोइलेक्ट्रिक मेमोरी और बहुस्फटिकीय प्लैटिनम इलेक्ट्रोड के नैनोगैप जैसी अन्य प्रायोगिक प्रणालियों के तुलनीय है।

फिर भी, इसके कुछ लाभ आगे विकास को उपयोगी बना सकते हैं:

• यह कुछ प्रमुख विकल्पों की तुलना में कम वोल्टेज पर चल सकता है।
• यह इन‑मेमोरी कंप्यूटिंग के लिए अधिक एनालॉग स्थितियां प्रदान कर सकता है।
  • ऑक्सीजन ग्रेडिएंट का अधिक सूक्ष्म नियंत्रण मेमोरी के भीतर कंप्यूटिंग को सक्षम कर सकता है, सरल बाइनरी के बजाय कई अलग-अलग प्रतिरोध अवस्थाओं के साथ।
• इन‑मेमोरी कंप्यूटिंग संभव हो सकती है, जिससे मेमोरी द्वारा सरल गणनाएँ क्लासिकल सिलिकॉन‑आधारित चिप जोड़े बिना की जा सकती हैं।

उच्च तापमान एआई?

बाइनरी 0 & 1 के अतिरिक्त कई एनालॉग अवस्थाओं में जानकारी रखने की क्षमता कुछ गणनाओं में ऊर्जा की खपत घटाने में मदद कर सकती है।

इससे उच्च तापमान पर सेंसर डेटा के प्रारंभिक प्रसंस्करण की संभावना बनती है। पारंपरिक प्रोसेसर स्वयं गर्मी पैदा करते हैं और 500–600°C जैसे वातावरण में उनका उपयोग कठिन है। यह प्रयोग अपने आप में ऐसे तापमान पर चलने वाला पूरा एआई कंप्यूटर नहीं है।

“इन चरम स्थितियों में मॉनिटरिंग को सुधारने के लिए एआई के उपयोग में बहुत रुचि है, लेकिन इसके लिए भारी प्रोसेसर चिप्स की आवश्यकता होती है जो बहुत शक्ति पर चलते हैं, और इन चरम स्थितियों में अक्सर कड़े पावर बजट भी होते हैं।

इन‑मेमोरी कंप्यूटिंग चिप्स इस डेटा को एआई चिप्स तक पहुँचने से पहले प्रोसेस करने में मदद कर सकती हैं और डिवाइस की कुल पावर उपयोग को कम कर सकती हैं।”

एलेक टैलिन – सैंडिया नेशनल लैबोरेटरीज़ के रसायन विज्ञान, दहन, और सामग्री विज्ञान विभाग में वरिष्ठ वैज्ञानिक

सीमाएँ

एक महत्वपूर्ण सीमा यह है कि नई जानकारी केवल लगभग 500°F अर्थात 250°C से अधिक तापमान पर लिखी जा सकती है। इसका अर्थ यह नहीं कि पहले से लिखी जानकारी निम्न तापमान पर स्वतः मिट जाती है।

इसलिए गर्म और ठंडे दोनों वातावरण में जानकारी लिखने वाले उपकरणों के लिए यह बाधा हो सकती है। शोधकर्ताओं ने कम तापमान पर लेखन संभव करने के लिए हीटर का सुझाव दिया है, हालांकि इससे ऊर्जा और डिजाइन की अतिरिक्त आवश्यकताएँ पैदा होंगी।

अनुप्रयोग

इस प्रकार की मेमोरी कठिन वातावरण में डेटा मापने और स्थानीय प्रसंस्करण के लिए उपयोगी हो सकती है। अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों और सुरक्षा प्रणालियों का विकास भी आवश्यक होगा।

संभावित उदाहरण:

• एयरोस्पेस इंजीनियरिंग: जेट इंजन में, जहाँ आंतरिक तापमान अत्यधिक उच्च हो सकता है, यह मेमोरी तकनीक ऑनबोर्ड डेटा लॉगिंग और रीयल‑टाइम मॉनिटरिंग सिस्टम को विश्वसनीय रूप से कार्य करने में सक्षम बना सकती है, बिना व्यापक कूलिंग तंत्र की आवश्यकता के।
• ऊर्जा क्षेत्र: भू‑तापीय ऊर्जा निष्कर्षण में उपकरण उच्च भूमिगत तापमान के संपर्क में होते हैं। इस हीट‑रेज़िस्टेंट मेमोरी को लागू करने से डाउनहोल मॉनिटरिंग उपकरणों की टिकाऊपन और दक्षता में सुधार हो सकता है, जिससे संसाधन प्रबंधन अधिक प्रभावी बनता है।
• औद्योगिक निर्माण: धातु फोर्जिंग और कांच उत्पादन जैसी प्रक्रियाएँ उच्च तापमान पर चलती हैं। नियंत्रण प्रणाली में इस मेमोरी तकनीक को एकीकृत करने से प्रक्रिया मॉनिटरिंग और ऑटोमेशन में सुधार हो सकता है, जिससे डाउनटाइम और रखरखाव लागत कम हो सकती है।
• अंतरिक्ष अन्वेषण: शुक्र जैसे अत्यधिक सतह तापमान वाले ग्रहों पर, पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स विफल हो जाते हैं। यह प्रगति ऐसे प्रोब और रोवर के विकास को सुविधाजनक बना सकती है जो ऐसी कठोर स्थितियों में विस्तारित मिशन कर सकें, जिससे हमारी अन्वेषण क्षमताएँ विस्तृत हों।
• न्यूक्लियर ऊर्जा: घटकों को तीव्र गर्मी और विकिरण का सामना करना पड़ता है। इस मजबूत मेमोरी का उपयोग रिएक्टर मॉनिटरिंग सिस्टम की लचीलापन और दीर्घायु को सुधार सकता है, जिससे सुरक्षित और अधिक कुशल ऊर्जा उत्पादन में योगदान मिलता है।

टैंटलम इलेक्ट्रॉनिक कंपनी

Vishay Intertechnology

जैसे ही टैंटलम-आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स एयरोस्पेस और भू‑तापीय ऊर्जा जैसी उन्नत तकनीकों में उच्च तापमान स्थितियों के लिए नई अनुप्रयोग खोज रहे हैं, इस खंड के वर्तमान नेता दीर्घकाल में लाभान्वित हो सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स में टैंटलम का एक महत्वपूर्ण उपयोग कैपेसिटर बनाना है। इसकी अत्यंत पतली परावैद्युत परत छोटे आकार में अधिक धारिता प्राप्त करने में मदद करती है।

Vishay ऑटोमोबाइल, सैन्य, पोर्टेबल कंज्यूमर डिवाइस, मेडिकल डिवाइस और कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए सतह माउंट और थ्रू‑होल टैंटलम कैपेसिटर प्रदान करता है।

स्रोत: Vishay

कंपनी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स (सिलिकॉन कार्बाइड) और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों: डायोड, MOSFET (मेटल‑ऑक्साइड‑सेमिकंडक्टर फील्ड‑इफ़ेक्ट ट्रांज़िस्टर), ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स सेंसर, रेज़िस्टर, इंडक्टर, और अन्य प्रकार के कैपेसिटर भी बनाती है।

सबसे बड़े वर्ग राजस्व के अनुसार हैं: रेज़िस्टर, MOSFETs, और डायोड।

Vishay के अनुसार, उसके पास “डिस्क्रीट अर्धचालकों और निष्क्रिय इलेक्ट्रॉनिक घटकों के विश्व के सबसे बड़े पोर्टफ़ोलियो में से एक” है।

स्रोत: Vishay

कंपनी की अधिकांश बिक्री एशिया (39%) और यूरोप (35%) से आती है, जबकि निर्माण सुविधाएँ उत्तर अमेरिका, एशिया और यूरोप में स्थित हैं।

विभिन्न पदार्थों से इलेक्ट्रॉनिक घटक बनाने का कंपनी का अनुभव नए अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकता है। हालांकि इस प्रायोगिक मेमोरी का व्यावसायीकरण या इससे Vishay को लाभ मिलना निश्चित नहीं है।

2024 में घोषित पुनर्गठन के अंतर्गत कंपनी ने 2026 के अंत तक तीन सुविधाएँ बंद करने और बिक्री, सामान्य और प्रशासनिक कार्यों के लगभग 6% कर्मचारियों, अर्थात लगभग 170 लोगों, की छँटनी की योजना बताई। पूरा कार्यक्रम लागू होने पर कम-से-कम $23 मिलियन की वार्षिक बचत अपेक्षित थी। कंपनी की 2023–2028 पूंजी निवेश योजना $2.6 बिलियन की थी। 2024 की तीसरी तिमाही में वास्तविक राजस्व $735.4 मिलियन रहा; $720 मिलियन चौथी तिमाही के अनुमान का मध्यबिंदु था, तीसरी तिमाही की आय नहीं। शेयरधारकों को लगभग $100 मिलियन लौटाने का उल्लेख वार्षिक नीति के संदर्भ में है।

पावर और अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए जटिल घटक बनाने का अनुभव Vishay को नवीकरणीय ऊर्जा, 5G दूरसंचार, इलेक्ट्रिक वाहन और एयरोस्पेस जैसे बाजारों में अवसर दे सकता है। टैंटलम जैसी विशेष धातुओं का उपयोग बिक्री वृद्धि की गारंटी नहीं है।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Li, J., et al. (2024). संयोजन चरण विभाजन द्वारा सक्षम 600°C पर नॉनवोलाटाइल इलेक्ट्रोकेमिकल मेमोरी. Device. https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100623}