在电子创新领域，美国宾夕法尼亚大学的研究人员取得了突破性的进步，该校一个研究团队开发了一种非易失性存储设备，能够承受高达600°C的温度——比当前商业常规存储设备能够忍受的温度高出两倍。这一进步不仅为极端环境中强大的电子产品铺平了道路，还有望彻底改变从航空航天到人工智能等行业，该研究最近发表在《自然电子》期刊上。

克服电子产品的热屏障

通常，当电子设备暴露在极端高温下时会受到严重限制。传统的内存技术，如日常智能手机和计 算机中的内存技术，在200°C左右开始出现故障。但许多现代设备必须忍受的温度条件往往远远超过这个温度，给工程师和设计师带来了重大挑战。

该团队新开发的存储技术利用了一种被称为铁电铝氮化钪（AlScN）的新型材料。与在高温下失去数据保留能力的传统材料不同，AlScN允许设备在高达600°C的温度下可靠地运行，这是在喷气发动机或金星粗糙表面等高温环境中使用的电子产品的关键要求。

内存设备设计的技术突破

这种存储设备由金属-绝缘-金属（ metal-insulator-metal，MIM）结构组成，具有镍和铂层，中间夹有薄薄的、精确校准的AlScN铁电层。这种成分至关重要，因为它通过利用铁电开关来确保设备在高温下的功能，这对于能够保持对数据存储至关重要的独特“开”和“关”状态非常关键。

这些设备是在标准的4英寸硅片上制作的，使其与现有制造工艺兼容。然而，让他们与众不同的是他们的工作电压。在600°C下，这些设备可以在15伏以下有效运行，确保与基于碳化硅的高温逻辑技术的兼容性。此功能至关重要，因为它允许该内存设备与旨在承受极端条件的高性能计算系统无缝集成。

展示耐用性和高性能

在实验室测试中，这些高温存储设备表现出卓越的性能。它们可以在600°C下承受100万次读取周期，同时将可读开断率保持在1以上超过60小时。在这种极端条件下的这种稳定性和可靠性水平在内存技术领域是前所未有的。

首席研究人员强调了设备厚度的重要性。“在高温下，粒子的行为更不稳定。如果设备层太薄，它会迅速降解；太厚，你会失去高效的铁电开关，”。通过几个月的实验，团队找到了“金发美女（Goldilocks）”厚度(最佳厚度)，平衡了这些问题，优化了耐用性和功能。

为高级应用程序铺平道路

这种高温存储技术的潜在应用是巨大的。在地面上，它可以显著提高用于高压力工业环境（如深土钻探或暴露于极端高温的汽车系统）的传感器和电子设备的可靠性和能力。此外，这项技术可能是太空任务的关键，在太空任务中，电子设备必须承受其他行星或天体的恶劣环境。

此外，这项技术有望在恶劣的条件下实现更复杂的计算形式。通过减少传统计算架构中处理单元和内存分离造成的低效率，这些设备可以支持先进的人工智能应用程序，快速处理大量数据，而无需被高温施加的通常物理约束困扰。

展望未来

这些高温存储设备的发展不仅仅是电子存储的里程碑，也是未来在恶劣环境中技术进步的灯塔。正如研究人员指出的，“从深土钻探到太空探索，我们的高温存储设备可能会导致高级计算，而其他电子和存储设备会步履蹒跚。”

将来，这些存储设备与其他高性能计算系统的集成可以提高数据处理的速度、复杂性和效率，预报“内存增强计算”的新时代。这种方法可以为在以前被认为过于恶劣的环境中部署人工智能奠定基础，开辟科学和技术的新领域。