電子發(fā)燒友網（文/吳子鵬）近日，美國賓夕法尼亞大學科學家研制出一款可在600℃高溫下持續(xù)工作60小時的存儲器。據悉，目前市場上主流的存儲器耐溫極限是200℃，一旦超過了200℃便開始失效，導致設備故障和信息丟失。因此，這種新型存儲的耐受溫度是目前商用存儲設備的兩倍多，表明該存儲器具有極強的可靠性和穩(wěn)定性。

這款新型存儲有望在可導致電子或存儲設備故障的極端環(huán)境下大顯身手，也為在惡劣條件下進行密集計算的人工智能系統奠定了基礎。相關論文發(fā)表于新一期《自然·電子學》雜志。

圖源：《自然·電子學》雜志

耐高溫存儲器持續(xù)突破

耐高溫存儲器的研發(fā)對于極端環(huán)境下部署相關應用有重要的價值。比如，在隨鉆測井(LWD)方面，這是一種先進的測井技術，是地質導向鉆井系統的重要組成部分，它提供的信息是井眼軌道控制決策的重要依據。不過，這項應用的挑戰(zhàn)在于，由于勘測環(huán)境的高溫，很多數據無法存儲，也就無法獲取準確的地質情況，以及無法用于設備的進一步研發(fā)。像這樣的場景有很多，比如工業(yè)制造中在高溫中運轉的設備，很多也無法獲取有價值的數據，瓶頸就在于存儲器。

像隨鉆測井(LWD)這類型的應用，一般都要求存儲設備具備150℃的耐溫，不過我們都知道傳統存儲器一般耐溫范圍是-40℃到125℃。因此，150℃耐溫也是一個關鍵點。2021年時，日本當時的初創(chuàng)企業(yè)Floadia(富提亞科技)就研發(fā)出了一種150℃高溫下數據可保存10年的每單元7個比特(7bpc)的閃存。

這種存儲進行了結構和材料創(chuàng)新，據報道，Floadia在硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)布局的基礎上，使用分布式電荷捕獲型結構，中間設置了一層氮化硅薄膜，可以牢牢捕獲電荷，另外使用了二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)材料，使得這種閃存的耐溫達到了150℃。這種閃存可以維持超過10萬次編程擦寫循環(huán)，是一款準商業(yè)的產品。

當然，實際上在2018年之前，存儲器的耐溫記錄已經達到了200℃，因此研發(fā)200℃以上耐溫的存儲器才是科技前沿。根據國家自然科學基金委員會的消息，2018年南京大學物理學院繆峰教授課題組與南京大學現代工程與應用科學學院王鵬教授、馬薩諸塞大學楊建華教授就將憶阻器的耐溫記錄提升到了340℃。在這個項目中，課題組利用二維層狀硫氧化鉬（MoS2-xOx）、石墨烯構成三明治結構的范德華異質結，實現了基于全二維材料的、可耐受超高溫和強應力的高魯棒性憶阻器。

圖源：國家自然科學基金委員會

這種新型的結構和材料，可以讓憶阻器的擦寫速度小于100 ns ，可擦寫次數超過千萬次，并且在340℃高溫環(huán)境下可以穩(wěn)定地工作。這一論文結果也發(fā)布在《自然·電子學》雜志上。

新型存儲器使用鐵電氮化鋁鈧（AlScN）

材料創(chuàng)新是存儲器創(chuàng)新的關鍵一環(huán)，縱覽存儲器前沿的研究成果，都少不了材料創(chuàng)新的影子。在美國賓夕法尼亞大學科學家的項目中，該團隊使用了鐵電氮化鋁鈧（AlScN）。

該團隊創(chuàng)建了一種生長在4英寸硅片上的鎳/AlScN/鉑的金屬-絕緣體-金屬結構。實際上，來自賓夕法尼亞大學的Deep Jariwala、Roy H. Olsson III和美國空軍研究實驗室的Nicholas R. Glavin等人去年就在《自然納米技術》上發(fā)表了一些關于氮化鋁鈧的研究成果。

根據當時的論文，氮化鋁鈧的鐵電材料上層疊了稱為二硫化鉬（MoS2）的二維半導體，利用這種組合，賓夕法尼亞大學團隊研發(fā)出了一種非常薄的存儲器，每個存儲單元的面積都是行業(yè)最小的。

在最新的研究上，賓夕法尼亞大學團隊又用氮化鋁鈧突破了存儲器的耐溫記錄。該存儲設備由金屬—絕緣體—金屬結構組成，包括鎳和鉑電極以及一層45納米厚的AlScN。這種結構設計使該存儲器能與高溫碳化硅邏輯器件兼容，與專為極端溫度設計的高性能計算系統協同工作。據悉，在這個結構中，氮化鋁鈧帶來的好處是能夠在更高溫度下保持開和關等特定電狀態(tài)。

結語

對于一些嚴苛環(huán)境來說，部署人工智能系統的意義更為重大，因為這些環(huán)境是不允許人類到達的。不過，由于傳統存儲器在耐溫方面存在不足，導致很多項目無法成行。賓夕法尼亞大學團隊最新的研究成果將存儲器耐溫提高到了600℃，有助于將AI帶到更加嚴苛的環(huán)境中。