Пластина жесткого диска или жесткий диск — это круглый магнитный диск , на котором хранятся цифровые данные в жестком диске . [1] Жесткая природа пластин дает им свое название (в отличие от гибких материалов, которые используются для изготовления дискет ). Жесткие диски обычно имеют несколько пластин, которые установлены на одном шпинделе . Пластина может хранить информацию с обеих сторон, обычно требуя двух записывающих головок на пластину, по одной на поверхность.
Магнитная поверхность каждой пластины разделена на небольшие магнитные области субмикрометрового размера, каждая из которых используется для представления одной двоичной единицы информации. Типичная магнитная область на пластине жесткого диска (по состоянию на 2006 год) имеет ширину около 200–250 нанометров (в радиальном направлении пластины) и простирается примерно на 25–30 нанометров в направлении вниз по дорожке (окружном направлении на пластине), [ требуется ссылка ] что соответствует примерно 100 миллиардам бит на квадратный дюйм площади диска (15,5 Гбит /см2 ) . Материалом основного слоя магнитного носителя обычно является сплав на основе кобальта . В современных жестких дисках каждая из этих магнитных областей состоит из нескольких сотен магнитных зерен, которые являются основным материалом, который намагничивается. В целом каждая магнитная область будет иметь намагниченность.
Одна из причин, по которой магнитные зерна используются вместо непрерывной магнитной среды, заключается в том, что они уменьшают пространство, необходимое для магнитной области. В непрерывных магнитных материалах, как правило, появляются образования, называемые шипами Нееля . Это шипы противоположной намагниченности, и они образуются по той же причине, по которой стержневые магниты стремятся выровняться в противоположных направлениях. Это вызывает проблемы, поскольку шипы нейтрализуют магнитное поле друг друга , так что на границах области переход от одной намагниченности к другой будет происходить по длине шипов Нееля. Это называется шириной перехода.
На многих пластинах жесткого диска имеется слой смазки, изготовленный из аморфного углерода, например, алмазоподобного углерода , называемый верхним слоем, который наносится на диск методом распыления или методом химического осаждения из паровой фазы. [2] В качестве верхних слоев также используются нитрид кремния, ПФПЭ [3] [4] и гидрогенизированный углерод. [5] [6] [7] В качестве альтернативы ПФПЭ можно использовать в качестве смазки поверх верхнего слоя. [8]
Гранулированный носитель ориентирован в зависимости от того, используется ли продольная или перпендикулярная магнитная запись. [9] Упорядоченные гранулированные носители могут обеспечить более высокую плотность хранения, чем обычные гранулированные носители, а носители с битовой структурой могут превзойти упорядоченные гранулированные носители по плотности хранения. [10]
Зерна помогают решить эту проблему, поскольку каждое зерно в теории является одним магнитным доменом (хотя на практике это не всегда так). Это означает, что магнитные домены не могут расти или сжиматься, образуя шипы, и, следовательно, ширина перехода будет порядка диаметра зерен. Таким образом, большая часть разработок в области жестких дисков была направлена на уменьшение размера зерна . [11] [12]
Пластины обычно изготавливаются с использованием алюминиевой , стеклянной или керамической подложки. [13] Пластины жестких дисков ноутбуков изготавливаются из стекла, в то время как алюминиевые пластины часто встречаются в настольных компьютерах. [14] [15] При производстве дисков тонкое покрытие наносится на обе стороны подложки, в основном с помощью процесса вакуумного напыления, называемого магнетронным распылением . Покрытие имеет сложную слоистую структуру, состоящую из различных металлических (в основном немагнитных) сплавов в качестве нижних слоев, оптимизированных для контроля кристаллографической ориентации и размера зерна фактического слоя магнитного носителя поверх них, т. е. пленки, хранящей биты информации. Поверх него наносится защитное покрытие на основе углерода в том же процессе напыления. Пластины обычно содержат несколько слоев материалов, таких как затравочный слой, мягкие магнитные нижние слои (SUL), которые могут содержать кобальт и железо [16] [17], изготовленные из таких материалов, как антиферромагнитный (A-FM) слой из оксида никеля, сплава никель-марганец или железо-марганец [18] , промежуточный слой из рутения [18] и слой сплава кобальт-хром-палладий с оксидом [8] . При постобработке нанометровый тонкий полимерный смазочный слой наносится поверх напыленной структуры путем погружения диска в раствор растворителя, после чего диск полируется различными процессами [ необходимо разъяснение ] для устранения мелких дефектов и проверяется специальным датчиком на летающей головке на отсутствие каких-либо оставшихся неровностей или других дефектов (где размер бита, указанный выше, примерно устанавливает масштаб того, что составляет значительный размер дефекта). В жестком диске головки жесткого диска летают и движутся радиально по поверхности вращающихся пластин для чтения или записи данных. Чрезвычайная гладкость, долговечность и совершенство отделки являются требуемыми свойствами пластины жесткого диска.
В феврале 1991 года компания Areal Technology выпустила MD-2060, первый жесткий диск, в котором использовалась стеклянная подложка, заменив алюминиевые сплавы, использовавшиеся в более ранних жестких дисках. Первоначально он был разработан для ноутбуков , для которых большая ударопрочность стеклянных подложек больше подходит. [19] [20] [21] Toshiba последовала примеру с MK1122FC в апреле 1991 года; их заводы смогли произвести гораздо больше дисков, чем Areal, которая вскоре исчезла с рынка. [19] [22] Около 2000 года другие производители жестких дисков начали переходить с алюминиевых пластин на стеклянные, поскольку стеклянные пластины имеют ряд преимуществ по сравнению с алюминиевыми пластинами. [23] [24] [25]
В 2005–06 годах начался крупный сдвиг в технологии жестких дисков и магнитных дисков/носителей. Первоначально для хранения битов использовались плоскостные намагниченные материалы, но теперь это заменено перпендикулярной записью . Причиной этого перехода является необходимость продолжения тенденции увеличения плотности хранения, при этом перпендикулярно ориентированные носители предлагают более стабильное решение для уменьшения размера бита. Ориентация намагниченности перпендикулярно поверхности диска имеет серьезные последствия для осажденной структуры диска и выбора магнитных материалов, а также для некоторых других компонентов жесткого диска (таких как головка и электронный канал).