배터리와 유사한 컴퓨터 메모리는 1000°F 이상에서도 계속 작동합니다.

미시간 대학이 이끄는 엔지니어 팀이 개발한 새로운 고체 메모리 장치를 사용하면 컴퓨터 메모리가 언젠가 핵융합로, 제트 엔진, 지열 우물, 무더운 행성의 뜨거운 온도를 견뎌낼 수 있을 것입니다.

기존의 실리콘 기반 메모리와 달리, 이 새로운 장치는 금성 표면과 납의 녹는점보다 더 높은 1100°F(600°C) 이상의 온도에서 정보를 저장하고 다시 쓸 수 있습니다. 이 장치는 Sandia National Laboratory의 연구자들과 협력하여 개발되었습니다.

"이것은 이전에는 고온 응용 분야에 존재하지 않았던 전자 장치를 가능하게 할 수 있습니다." 오늘 Cell Press 저널인 Device에 게재된 연구의 수석 책임 저자이자 UM 재료 과학 및 공학 조교수인 Yiyang Li의 말입니다.

"지금까지 우리는 다른 고온 컴퓨터 메모리 데모와 동등한 1비트를 보관하는 장치를 만들었습니다. 더 많은 개발과 투자를 통해 이론적으로 메가바이트 또는 기가바이트의 데이터를 보관할 수 있습니다."

그러나 풀타임으로 극한의 온도에 있지 않은 기기의 경우 트레이드오프가 있습니다. 새로운 정보는 500°F(250°C) 이상에서만 기기에 기록할 수 있습니다. 그래도 연구자들은 히터가 더 낮은 온도에서도 작동해야 하는 기기의 문제를 해결할 수 있다고 제안합니다.

내열 메모리는 전자가 아닌 음전하 산소 원자를 움직이는 데서 나옵니다. 300°F(150°C) 이상으로 가열되면 기존의 실리콘 기반 반도체는 제어할 수 없는 수준의 전류를 전도하기 시작합니다. 전자 장치는 특정 수준의 전류로 정밀하게 제조되기 때문에 고온은 장치의 메모리에서 정보를 지울 수 있습니다. 하지만 연구자들의 장치 내부의 산소 이온은 열에 영향을 받지 않습니다.

그들은 메모리의 두 층(반도체 탄탈륨 산화물과 금속 탄탈륨) 사이를 고체 전해질을 통해 이동하는데, 이 전해질은 다른 전하가 층 사이를 이동하지 못하도록 장벽 역할을 합니다. 산소 이온은 산소가 탄탈륨 산화물로 끌려 들어가거나 밀려 나오는지 제어하는 ​​일련의 3개 백금 전극에 의해 안내됩니다. 전체 과정은 배터리가 충전되고 방전되는 방식과 유사하지만, 이 전기화학적 과정은 에너지를 저장하는 대신 정보를 저장하는 데 사용됩니다.

산소 원자가 탄탈륨 산화물 층을 떠나면 작은 금속 탄탈륨 영역이 남습니다. 동시에 탄탈륨 산화물 층은 장벽의 반대편에 있는 탄탈륨 금속 층을 유사하게 덮습니다. 탄탈륨과 탄탈륨 산화물 층은 기름과 물과 마찬가지로 섞이지 않으므로 이러한 새로운 층은 전압이 전환될 때까지 원래 상태로 돌아가지 않습니다.

탄탈륨 산화물의 산소 함량에 따라 절연체 또는 도체로 작용할 수 있으며, 이를 통해 재료가 디지털 0과 1을 나타내는 두 가지 다른 전압 상태 사이를 전환할 수 있습니다. 산소 기울기를 더 정밀하게 제어하면 간단한 바이너리가 아닌 100개 이상의 저항 상태로 메모리 내부에서 컴퓨팅이 가능해질 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 전력 수요를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

"이러한 극한 환경에서 모니터링을 개선하기 위해 AI를 사용하는 데 대한 관심이 많지만, 이를 위해서는 많은 전력으로 작동하는 강력한 프로세서 칩이 필요하며, 이러한 극한 환경의 대부분은 엄격한 전력 예산을 가지고 있습니다." Sandia National Laboratories의 화학, 연소 및 재료 과학 부서의 수석 과학자이자 이 연구의 공동 저자인 Alec Talin의 말입니다.

"메모리 내 컴퓨팅 칩은 데이터가 AI 칩에 도달하기 전에 일부 데이터를 처리하는 데 도움이 될 수 있으며 장치의 전체 전력 사용량을 줄일 수 있습니다."

정보 상태는 1100°F 이상에서 24시간 이상 보관할 수 있습니다. 이 수준의 내열성은 재기록 가능한 고온 메모리용으로 개발된 다른 재료와 비슷하지만, 이 새로운 장치는 다른 이점이 있습니다. 주요 대안 중 일부(즉, 강유전체 메모리 및 다결정 백금 전극 나노갭)보다 낮은 전압에서 작동할 수 있으며 메모리 내 컴퓨팅에 더 많은 아날로그 상태를 제공할 수 있습니다.

이 연구는 National Science Foundation, Sandia의 Laboratory-Directed Research and Development 프로그램, University of Michigan College of Engineering에서 자금을 지원받았습니다. 이 장치는 Lurie Nanofabrication Facility에서 제작되었고 Michigan Center for Materials Characterization에서 연구되었습니다.

저자들은 이 연구를 바탕으로 한 특허를 미국 특허 및 상표청에 출원했으며, 이 기술을 시장에 출시할 파트너를 찾고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241209122606.htm