Узорчатые носители

Потенциальная технология жесткого диска

Узорчатые носители (также известные как битовые носители или BPM ^[1] ) — это потенциальная будущая технология жестких дисков для записи данных на магнитных островах (один бит на остров), в отличие от текущей технологии жестких дисков, где каждый бит хранится в20–30 магнитных зерен в непрерывной магнитной пленке. Острова будут сформированы из прекурсорной магнитной пленки с использованием нанолитографии . Это одна из предлагаемых технологий, которая должна прийти на смену перпендикулярной записи из-за большей плотности хранения, которую она позволит достичь. BPM была представлена ​​Toshiba в 2010 году. ^[2]

Сравнение с существующей технологией HDD

В существующих жестких дисках данные хранятся в тонкой магнитной пленке. Эта пленка нанесена так, что состоит из изолированных (слабо обменно связанных) зерен материала размером околоДиаметр 8 нм . ^[3] Один бит данных состоит примерно из20–30 зерен , намагниченных в одном направлении (либо «вверх», либо «вниз» относительно плоскости диска). Одним из методов увеличения плотности хранения было уменьшение среднего объема зерна. Однако энергетический барьер для теплового переключения пропорционален объему зерна. При использовании существующих материалов дальнейшее уменьшение объема зерна привело бы к спонтанной потере данных из-за суперпарамагнетизма .

В структурированных носителях сначала наносится тонкая магнитная пленка, поэтому между зернами существует сильная обменная связь. Затем с помощью нанолитографии она структурируется в магнитные острова. Сильная обменная связь означает, что энергетический барьер теперь пропорционален объему острова, а не объему отдельных зерен внутри острова. Поэтому увеличение плотности хранения может быть достигнуто путем структурирования островов все меньшего диаметра, при сохранении термической стабильности. ^[4] Прогнозируется, что структурированные носители обеспечат поверхностную плотность до 20–300 Тбит/дюйм ² (3,1–46,5 Тбит/см ² ) в отличие от предела в 1 Тбит/дюйм ² (160 Гбит/см ² ), который существует в современной технологии жестких дисков. ^[5]

Различия в стратегиях управления головками чтения/записи

В существующих жестких дисках биты данных в идеале записываются на концентрические круговые дорожки. Этот процесс отличается при записи на носители с битовым шаблоном, где данные должны быть записаны на дорожки с предопределенной формой, которые создаются литографией (см. ниже) на диске. Траектории, которым должна следовать сервосистема при записи на носители с шаблоном, характеризуются набором «серводорожек», существующих на диске. Отклонение серводорожки от идеальной круговой формы называется «повторяющимся выбегом» (RRO). Поэтому сервоконтроллер при записи на носители с битовым шаблоном должен следовать RRO, который неизвестен во время проектирования, и в результате методологии сервоуправления, используемые для обычных приводов, не могут быть применены. Запись на носители с шаблоном имеет некоторые специфические проблемы с точки зрения проектирования сервоуправления: ^[6]

• Профиль RRO неизвестен.
• Спектр частот RRO может выходить за пределы полосы пропускания сервосистемы, поэтому он будет усиливаться контроллером обратной связи.
• Спектр RRO содержит много гармоник частоты шпинделя (например, ~ 200 гармоник), которые должны быть ослаблены. Это увеличивает вычислительную нагрузку в контроллере.
• Профиль RRO меняется от пути к пути (т.е. он варьируется).

Методы изготовления узорчатых носителей

Ионно-лучевая литография

В предварительных исследованиях одним из процессов, исследованных для создания прототипов, была литография с ионным пучком . Она использует трафаретные маски для создания узоров на ионно-чувствительном материале (резисте), которые затем переносятся на магнитный материал. ^[7] Трафаретная маска содержит тонкую отдельно стоящую мембрану из нитрида кремния, в которой сформированы отверстия. Сначала формируется создаваемый узор на подложке, содержащей фоторезист, с помощью электронно-лучевой литографии . Затем подложка используется для переноса заданного узора на нитридную мембрану (трафаретную маску) с помощью процесса плазменного травления . Для создания достаточного количества подложек необходимо поддерживать однородность размеров отверстий, которые переносятся на маску во время процесса изготовления (травления). Достижению и поддержанию однородности размеров в маске способствуют многие факторы, такие как: давление, температура, энергия (количество напряжения) и мощность, используемая при травлении. Для оптимизации процесса травления однородных рисунков правильно при этих параметрах подложка может быть использована в качестве шаблона для изготовления масок трафарета из нитрида кремния с помощью процесса литографии с ионным пучком. Маска трафарета затем может быть использована в качестве прототипа для создания носителей рисунка.

Направленная самосборкаблок-сополимерфильмы

В 2014 году Рикардо Руис из Hitachi Global Storage Technologies написал в брифинге к предстоящей конференции, что «наиболее многообещающее решение литографической проблемы может быть найдено в направленной самосборке блочных сополимерных пленок, которая недавно развилась как жизнеспособная технология для достижения литографии с точностью менее 20 нм к моменту появления технологии BPM». ^{[8] [9]}

Смотрите также

• Весенние медиа-ресурсы обмена
• Магнитная запись с использованием тепла
• Магнитная запись с черепицей

Ссылки

1. "Bit-Patterned Media for High-Density HDDs". Toshiba.co.jp . nd Архивировано из оригинала 9 ноября 2016 г. Получено 17 сентября 2014 г. Bit -patterned media (BPM) — это тип магнитного носителя записи, в котором магнитный слой уменьшен до размера одного бита (одна магнитная точка и пробел).
2. «Изменят ли накопители Toshiba с битовой структурой ландшафт жестких дисков?». Журнал PC Magazine. 19 августа 2010 г. Получено 21 августа 2010 г.
3. Weller, Dieter; Mosendz, Oleksandr; et al. (Июль 2013). "L1 0 FePtX-Y media for heat-assisted magnetic recording: L1 0 FePtX-Y media for heat-assisted magnetic recording". Physica Status Solidi A . 210 (7): 1245–1260. doi : 10.1002/pssa.201329106 .
4. Росс, Калифорния (август 2001 г.). «Узорчатые магнитные носители записи». Annual Review of Materials Research . 31 (1): 203–235. Bibcode : 2001AnRMS..31..203R. doi : 10.1146/annurev.matsci.31.1.203.
5. Гриффитс, Рис (25 ноября 2013 г.). «Направленная самосборка блок-сополимеров для использования в изготовлении бит-шаблонированных сред». Журнал физики D: Прикладная физика . 46 (50): 503001. Bibcode : 2013JPhD...46X3001A. doi : 10.1088/0022-3727/46/50/503001 .
6. Шахсавари и др. (2014). Повторяющееся отслеживание разбега в записи на носители с битовым шаблоном . Конференция ASME 2014 по системам хранения и обработки информации. стр. V001T03A001. doi :10.1115/ISPS2014-6946. ISBN 978-0-7918-4579-0. S2CID  13817067. (архивировано 2020-10-11)
7. Вулф, Джон К.; Пендхаркар, Сандип В.; и др. (ноябрь 1996 г.). «Процесс литографии ионного пучка с близким соседством для наноструктур высокой плотности». Журнал вакуумной науки и технологии B: Микроэлектроника и нанометровые структуры . 14 (6): 3896. Bibcode : 1996JVSTB..14.3896W. doi : 10.1116/1.588689.
8. "Изготовление магнитных битовых носителей с использованием направленной сборки блок-сополимеров". 2014. Получено 17 сентября 2014 г. Наиболее перспективным решением литографической проблемы может быть направленная самосборка пленок блок-сополимеров, которая недавно развилась как жизнеспособная технология для достижения литографии с размерами менее 20 нм к моменту появления технологии BPM.
9. Росс, Калифорния; Ченг, Дж. Й. (сентябрь 2008 г.). «Узорчатые магнитные носители, изготовленные методом самоорганизующейся литографии блок-сополимеров». Бюллетень MRS . 33 (9): 838–845. doi :10.1557/mrs2008.179.