(PhysOrg.com) -- In een poging om de opnamedichtheid van harde schijven te vergroten, patroonmedia is een van de meest veelbelovende strategieën geworden voor het bereiken van opnamedichtheden van meer dan 1 Tbit/in ² . In media met patronen, gegevens worden opgeslagen in een uniforme reeks magnetische cellen die elk één bit bevatten, in plaats van in groepen willekeurig gerangschikte magnetische nanokorrels in een dunne-film magnetische legering, zoals in de huidige harde schijven. In een nieuwe studie, onderzoekers hebben een vereenvoudigde mediamethode met patronen ontwikkeld door het aantal stappen in het proces te verminderen, en hebben hoge dichtheden aangetoond vanaf 1,9 Tbit/in ² tot 3,3 Tbit/inch ² , hoewel de laatste dichtheid nog steeds moet worden gekenmerkt door magnetische krachtmicroscopen met een hogere resolutie dan beschikbaar waren voor het onderzoek.

De onderzoekers, Joel KW Yang, et al., van het Institute of Materials Research and Engineering en het Data Storage Institute bij A*STAR (het Agency for Science, technologie en onderzoek) in Singapore, evenals de Nationale Universiteit van Singapore, hebben hun studie gepubliceerd in een recent nummer van Nanotechnologie . Zoals Yang uitlegde, de nieuwe methode verlegt de grenzen van de opnamedichtheid van de harde schijf.

“Ja, 3,3 Tbit/inch ² is een van de grootste demonstraties tot nu toe, ” vertelde Yang PhysOrg.com . “Hoewel er andere niet-magnetische patronen zijn met hogere dichtheden, we geloven dat we magnetische bits hebben gefabriceerd en getest die het dichtst opeengepakt zijn.

De huidige harde schijven hebben opnamedichtheden tot 0,5 Tbit/in ² , maar deze dichtheid verbeteren tot meer dan 1-1,5 Tbit/in ² mogelijk niet mogelijk met dezelfde granulaire methode. De moeilijkheid komt voort uit twee limieten. De eerste is een limiet op het minimum aantal korrels per bit (elk bit vereist minstens enkele tientallen korrels), wat te wijten is aan de behoefte aan een voldoende signaal-ruisverhouding. De tweede limiet is de superparamagnetische limiet, die de minimale korrelgrootte beperkt. Als de korrelgrootte te klein is, de magnetisatietoestand wordt thermisch onstabiel en de korrels kunnen geen gegevens meer opslaan.

In tegenstelling tot de conventionele methode, media met een patroon (of media met een bitpatroon) hebben niet dezelfde limieten. Omdat de magnetische cellen lithografisch van een patroon zijn voorzien in geordende arrays, de signaal-ruisverhouding is aanzienlijk verbeterd, en elke individuele magnetische cel kan als bit dienen. En aangezien de magnetische cellen groter zijn dan de korrels, ze lopen niet tegen de superparamagnetische limiet aan.

Door de beperkingen van granulaire media te overwinnen, media met patronen hebben het potentieel om opnamedichtheden te bereiken die veel hoger zijn dan 1 Tbit/in ² . Sommige mediatechnieken met patronen hebben zelfs originele patroonresoluties tot 10 Tdot/in . aangetoond ² (voordat de punten functionele bits worden), maar deze fabricagetechnieken zijn gebaseerd op patroonoverdrachtsmethoden zoals etsen of opstijgen die de resolutie van het originele patroon verminderen, en verminder de uiteindelijke dichtheid.

Om het probleem van patroonoverdracht aan te pakken, de onderzoekers uit Singapore hebben een mediaproces met patronen ontwikkeld dat geen enkele vorm van patroonoverdracht vereist. Hun techniek bestaat uit slechts twee stappen:(1) met behulp van elektronenstraallithografie om arrays van stippen (of kleine pilaren) met een diameter van slechts 10 nm te patroon op een resistmateriaal, en (2) het gebruik van sputtertechnieken om 21 nm dikke magnetische films af te zetten bovenop het gehele resistmateriaal. Het magnetische materiaal dat bovenop de nanoposten landt, dient als magnetisch geïsoleerde bits. Door ets- en lanceringsprocessen te vermijden, de resolutie van de uiteindelijke patronen is in principe identiek aan de resolutie van het originele lithografische patroon.

"De etsstap kan worden vermeden omdat het e-beam-patroon zichzelf weerstaat, terwijl het een uitstekend beeldmedium is voor de elektronenstraal, verdubbelt als een robuust materiaal dat kan worden gebruikt in harde schijven, ’ legde Yang uit.

Met behulp van de nieuwe methode, de onderzoekers fabriceerden monsters met een patroondichtheid tot 3,3 Tdot/in ² , en scanning-elektronenmicroscoopbeelden toonden aan dat de uiteindelijke magnetische bits dezelfde dichtheden behouden, tot 3,3 Tbit/inch ² . Omdat de magnetische bits fysiek zijn verbonden met hun buren door kleine magnetische verbindingen, de onderzoekers moesten bevestigen dat de afzonderlijke bits nog steeds magnetisch geïsoleerd waren en dat deze koppelingen het vermogen van elke bit om gegevens op te slaan niet verstoorden. Om dit te doen, ze observeerden de monsters onder een magnetische krachtmicroscoop terwijl ze magnetische velden van verschillende sterktes toepasten om afzonderlijke bits te schakelen. Voor monsters met dichtheden tot 1,9 Tbit/in ² , de microscoop toonde aan dat individuele bits onafhankelijk van hun buren kunnen worden geschakeld; verder dan dat, de microscoop kon individuele bits niet oplossen vanwege zijn eigen resolutielimiet.

“Het grootste voordeel van deze techniek is dat de uiteindelijke dichtheid/resolutie van de gefabriceerde bits zo dicht mogelijk bij die van de lithografische stap werd gehouden, ' zei Yang. “Als we patroonoverdrachtstappen zoals etsen hadden geïntroduceerd, de maximaal haalbare resolutie zou aanzienlijk lager zijn als gevolg van patroondegradatie tijdens het etsen. Als bonus, het verminderen van stappen verlaagt ook de kosten en verhoogt de doorvoer, vooral in combinatie met high-throughput-processen zoals nano-imprintlithografie en begeleide zelfassemblage.”

De onderzoekers voorspellen dat magnetische krachtmicroscooptechnieken met een hogere resolutie de individuele schakelbaarheid van de bits zullen verifiëren bij 3,3 Tbit/in ² . Ze voorspellen ook dat de nieuwe mediatechniek met patronen de fabricage van herinneringen met de hoogst mogelijke dichtheden (in het bereik van 10 Tbit/in ² ). Als de elektronenbundellithografiestap kan worden gecombineerd met, of vervangen door, andere schaalbare patroonmethodes zoals zelfassemblage op sjablonen, de nieuwe techniek zou kunnen worden gebruikt voor de grootschalige productie van toekomstige harde schijven met ultrahoge dichtheid.

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.