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

अल्ट्रा-हाई टेम्परेचर इलेक्ट्रॉनिक्स

As mankind pushes its technology ever further, it keeps dealing with more and more extreme conditions, including heat. This is often handled with advanced materials like composite ceramics or special rare metals like tungsten, titanium, or rhodium (follow the links for a detailed investing guide for each metal).

Dealing with extreme conditions gets a little more complicated when electronic components get involved. A rocket titanium shell might withstand heat but will not block the heat from entering in the long run.

Most computer chips are designed to perform complex operations at the nanometer scale, making them very sensitive to changes in temperature. And while some hardening can be done, past a certain temperature threshold, no classical electric circuit can keep functioning.

To keep electronic controls in spaceships, nuclear power plants, or drilling systems, advanced cooling systems are used to shield the electronic elements from the surrounding environment.

This is why a newly developed form of digital memory that can store and write information at temperatures over 1100°F (600°C), or the melting temperature of steel, could be a game changer.

This achievement by researchers of the University of Michigan and Sandia National Laboratories’ was published in the scientific journal device, under the title “Nonvolatile electrochemical memory at 600°C enabled by composition phase separation¹”.

ऑक्सीजन-आधारित मेमोरी

This memory method works by moving negatively charged oxygen atoms rather than electrons. Above 300°F (150°C), conventional silicon-based semiconductors start conducting uncontrollable levels of current.

The result is that in classic electronics, high temperatures can wipe out information in the device’s memory. However, oxygen ions are not affected by the heat.

यह कैसे काम करता है

The oxygen atoms are moved between two layers in the memory—the semiconductor tantalum oxide and the metal tantalum.

स्रोत: Cell Device

The movement is allowed by a solid electrolyte that acts as a barrier by keeping other charges from moving between the layers. The tantalum and tantalum oxide layers do not mix, similar to oil and water, so these new layers will not revert back to the original state until the voltage is switched.

The oxygen ions are guided by a series of three platinum electrodes.

This is actually very similar to how a battery charges and discharges, except that this process optimizes the structure retention of information instead of chemical energy.

स्रोत: Cell Device

The information states can be stored above 1100 °F for more than 24 hours.

केवल एक प्रारंभिक कदम

This scientific publication was really a proof of concept more than anything else. The initial device only retains one bit of information, but there is no theoretical limit to a much larger memory capacity.

“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।”

Yiyang Li – U-M सहायक प्रोफेसर, सामग्री विज्ञान और अभियांत्रिकी

In itself, this technology is relatively similar in its performance to other materials that have been developed for re-writable, high-temperature memory (like ferroelectric memory and polycrystalline platinum electrode nanogaps).

It has, however quite a few unique advantage,s making it more likely to be worth improving:

• 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 100 से अधिक प्रतिरोध स्थितियों 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?

Such analog capacity with complex data encoding instead of the simpler 0 & 1 of binary could help drastically reduce power consumption.

This could be a game changer for using anything close to AI technology in high-temperature environments. Conventional computing would be too power consuming, itself a source of heat that is sometimes difficult to deal with in normal conditions. Doing so in 500-600°C conditions is nearly impossible.

“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।”

Alec Talin – सैंडिया नेशनल लैबोरेटरीज़ के रसायन विज्ञान, दहन, और सामग्री विज्ञान विभाग में वरिष्ठ वैज्ञानिक

सीमाएँ

One major limitation of this technology is that it केवल works at high temperatures. New information can only be written on the device above 500°F (250°C).

So, if the memory needs to be used in both high and low temperatures, this could be a serious issue. And while the researchers suggest a heater could solve the problem for devices that must also work at lower temperatures, this is likely not ideal.

अनुप्रयोग

This sort of high-temperature memory and electronic systems would be ideal for measuring data and doing computation in extreme environments.

For example:

• 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: वेनस 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।

टैंटलम वर्तमान में मुख्यतः कैपेसिटर के लिए उपयोग किया जाता है, allowing for a very thin dielectric layer and providing high capacitance values in smaller case sizes.

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, मैग्नेट, और अन्य प्रकार के कैपेसिटर भी बनाती है।

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

This gives Vishay the “विश्व का सबसे बड़ा डिस्क्रीट सेमिकंडक्टर्स पोर्टफ़ोलियो और पैसिव कंपोनेंट्स”.

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।

इलेक्ट्रॉनिक सामग्री से बने इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन में कंपनी की विशेषज्ञता एक संपत्ति होगी क्योंकि उद्योग सिलिकॉन चिप्स और नई सामग्रियों से परे विस्तार कर रहा है।

कंपनी वर्तमान में पुनर्गठन कार्यक्रम में है, 2026 के अंत तक 3 सुविधाओं को बंद कर रही है और 6% कर्मचारियों की संख्या घटा रही है, ताकि वार्षिक $23M बचाए जा सकें। साथ ही, आवश्यकतानुसार उत्पादन का विस्तार कर रही है, अगले 4 वर्षों में क्षमता विस्तार में $2.6B निवेश के साथ। यह Q3 2024 में $720M की आय और शेयरधारकों को लगभग $100M लौटाने की नीति की तुलना में है।

समग्र रूप से, पावर और सेमिकंडक्टर अनुप्रयोगों में जटिल इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण में Vishay की विशेषज्ञता, टैंटलम जैसी विदेशी धातुओं का उपयोग करते हुए, नवीकरणीय ऊर्जा, 5G टेलीकॉम, ईवी और एयरोस्पेस के विकास से अपनी बिक्री बढ़ाने में सहायक होगी।

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}