Die aus Tantaloxid hergestellten Speichergeräte auf diesem Chip können Daten sowohl für den konventionellen Speicher als auch für die Speicherberechnung bei einer Temperatur von über 600 °C speichern.
Bildnachweis: Brenda Ahearn, Michigan Engineering
Diese Technologie, vom Typ ECRAM, basiert auf der Bewegung von Sauerstoffionen anstelle von Elektronen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Halbleitern aus Silizium, die oberhalb von 150 °C instabil werden, funktioniert dieser Speicher bei über 600 °C einwandfrei. Er verwendet zwei Schichten (eine aus Tantal, die andere aus Tantaloxid), die durch einen festen Elektrolyten getrennt sind, was eine stabile Speicherung von Informationen ermöglicht.
Der Mechanismus ähnelt dem einer Batterie. Die Sauerstoffionen bewegen sich zwischen den Schichten unter dem Einfluss einer Spannung und verändern so die Leitfähigkeit des Materials. Diese Variation zwischen leitendem und isolierendem Zustand kodiert die binären Daten. Der Prozess ist reversibel und kann ohne Leistungsverlust wiederholt werden.
Die potenziellen Anwendungen sind vielfältig. Dieser Speicher könnte in Raumsonden eingesetzt werden, die zur Venus geschickt werden, wo die Temperaturen 465 °C erreichen. Er wäre auch in Fusionsreaktoren oder Flugzeugtriebwerken nützlich, wo extreme Hitze derzeit die Nutzung von Elektronik einschränkt.
Allerdings hat diese Technologie eine Einschränkung: Sie funktioniert nicht unterhalb von 250 °C. Um dieses Problem zu lösen, erwägen die Forscher die Integration eines Heizsystems. Dies würde die Nutzung des Speichers in Umgebungen mit Raumtemperatur nach einer Aufwärmphase ermöglichen.
Der Keramikheizkörper wird rot, wenn er auf hohe Temperaturen erhitzt wird.
Bildnachweis: Brenda Ahearn, Michigan Engineering
Die derzeitigen Leistungen sind vielversprechend. In diesem Stadium kann der Prototyp ein einzelnes Bit an Informationen bei 600 °C über 24 Stunden lang speichern. Die Forscher schätzen jedoch, dass mit Verbesserungen dieser Speicher Kapazitäten in der Größenordnung von mehreren Gigabyte erreichen könnte, was den Weg für vollständige Computersysteme ebnet, die unter extremen Bedingungen funktionieren.
Schließlich zeichnet sich diese Technologie durch ihren geringen Energieverbrauch aus. Sie arbeitet mit niedrigeren Spannungen als andere Hochtemperaturspeicher, wie solche, die ferroelektrische Materialien verwenden. Dies macht sie zu einer nachhaltigen Lösung für anspruchsvolle Anwendungen in Bezug auf Leistung und Zuverlässigkeit.