(en, b) I det första steget av processen, små pelare är mönstrade på en yta. (c, d) I det andra steget, en magnetisk film avsätts på stolparna, förvandla dem till magnetiska bitar. Avståndet på 35 nm motsvarar en inspelningstäthet på 0,6 Tbit/in2. Ett sampel med 15 nm mellanrum (ej visat) motsvarar en inspelningstäthet på 3,3 Tbit/in2. Bildkredit:Yang, et al. ©2011 IOP Publishing Ltd
(PhysOrg.com) -- I ett försök att öka inspelningstätheten för hårddiskar, mönstrade media har blivit en av de mest lovande strategierna för att uppnå inspelningstätheter över 1 Tbit/in 2 . I mönstrade media, data lagras i en enhetlig grupp av magnetiska celler som var och en innehåller en bit, snarare än i grupper av slumpmässigt arrangerade magnetiska nanokorn i en tunnfilmsmagnetisk legering, som i dagens hårddiskar. I en ny studie, forskare har utvecklat en förenklad mönstrad mediametod genom att minska antalet steg i processen, och har visat höga densiteter från 1,9 Tbit/tum 2 till 3,3 Tbit/tum 2 , även om den senare densiteten fortfarande måste karakteriseras av magnetiska kraftmikroskop med högre upplösning än vad som var tillgängliga för studien.
Forskarna, Joel K.W. Yang, et al., från Institute of Materials Research and Engineering och Data Storage Institute vid A*STAR (The Agency for Science, teknologi och forskning) i Singapore, samt National University of Singapore, har publicerat sin studie i ett färskt nummer av Nanoteknik . Som Yang förklarade, den nya metoden tänjer på gränserna för hårddiskens inspelningstätheter.
"Ja, 3,3 Tbit/tum 2 är en av de högsta demonstrationerna hittills, ” berättade Yang PhysOrg.com . "Även om det finns andra icke-magnetiska mönster som har högre densiteter, vi tror att vi har tillverkat och testat magnetiska bitar som är tätast packade.”
Dagens hårddiskar har inspelningstätheter på upp till 0,5 Tbit/in 2 , men förbättrar denna densitet över 1-1,5 Tbit/tum 2 kanske inte är möjligt med samma granulära metod. Svårigheten härrör från två gränser. Den första är en gräns för det minsta antalet korn per bit (varje bit kräver minst några tiotals korn), vilket beror på behovet av ett tillräckligt signal-brusförhållande. Den andra gränsen är den superparamagnetiska gränsen, vilket begränsar den minsta kornstorleken. Om kornstorleken är för liten, magnetiseringstillståndet blir termiskt instabilt och kornen kan inte längre lagra data.
I motsats till den konventionella metoden, mönstrade media (eller bitmönstrade media) möter inte samma gränser. Eftersom de magnetiska cellerna är litografiskt mönstrade i ordnade arrayer, signal-brusförhållandet är avsevärt förbättrat, och varje enskild magnetisk cell kan fungera som en bit. Och eftersom de magnetiska cellerna är större än kornen, de når inte den superparamagnetiska gränsen.
Genom att övervinna begränsningarna hos granulära media, Mönstrade media har potential att uppnå inspelningstätheter långt över 1 Tbit/tum 2 . Vissa mönstrade mediatekniker har till och med visat originalmönsterupplösningar på upp till 10 Tdot/in 2 (innan prickarna blir funktionella bitar), men dessa tillverkningstekniker förlitar sig på mönsteröverföringsmetoder som etsning eller lyft som försämrar upplösningen av det ursprungliga mönstret, och minska den slutliga densiteten.
För att lösa problemet med mönsteröverföring, forskarna från Singapore har utvecklat en mönstrad mediaprocess som inte kräver någon form av mönsteröverföring. Deras teknik består av bara två steg:(1) att använda elektronstrålelitografi för att mönstra uppsättningar av punkter (eller små pelare) så små som 10 nm i diameter på ett resistmaterial, och (2) att använda sputtringstekniker för att avsätta 21 nm tjocka magnetiska filmer ovanpå hela resistmaterialet. Det magnetiska materialet som landar på toppen av nanoposterna fungerar som magnetiskt isolerade bitar. Genom att undvika etsnings- och lyftprocesser, upplösningen för de slutliga mönstren är i princip identisk med upplösningen för det ursprungliga litografiska mönstret.
"Etsningssteget kan undvikas eftersom e-strålemönstret motstår sig själv, samtidigt som det är ett utmärkt avbildningsmedium för elektronstrålen, fungerar som ett robust material som kan användas i hårddiskplattor, ” förklarade Yang.
Med den nya metoden, forskarna tillverkade prover med en mönstringstäthet på upp till 3,3 Tdot/in 2 , och svepelektronmikroskopbilder visade att de sista magnetiska bitarna bibehåller samma densiteter, upp till 3,3 Tbit/tum 2 . Eftersom de magnetiska bitarna är fysiskt anslutna till sina grannar genom små magnetiska länkar, forskarna var tvungna att bekräfta att de enskilda bitarna fortfarande var magnetiskt isolerade och att dessa länkar inte stör varje bits förmåga att lagra data. Att göra detta, de observerade proverna under ett magnetiskt kraftmikroskop medan de applicerade magnetiska fält av olika styrka för att byta enskilda bitar. För prover med densiteter upp till 1,9 Tbit/tum 2 , mikroskopet visade att enskilda bitar kan växlas oberoende av sina grannar; bortom det, mikroskopet kunde inte lösa enskilda bitar på grund av sin egen upplösningsgräns.
"Den största fördelen med den här tekniken är att den slutliga densiteten/upplösningen för de tillverkade bitarna hölls så nära det litografiska steget som möjligt, sa Yang. "Om vi hade infört mönsteröverföringssteg som etsning, den maximalt uppnåbara upplösningen skulle vara betydligt lägre på grund av mönsterförsämring under etsning. Som en bonus, att minska stegen minskar också kostnaderna och ökar genomströmningen, speciellt i kombination med processer med hög genomströmning som nanoimprint-litografi och guidad självmontering.”
Forskarna förutspår att tekniker för magnetisk kraftmikroskop med högre upplösning kommer att verifiera den individuella omkopplingsförmågan hos bitarna vid 3,3 Tbit/tum 2 . De förutspår också att den nya mönstrade mediatekniken kan möjliggöra tillverkning av minnen med högsta möjliga densiteter (i intervallet 10 Tbit/in) 2 ). Om elektronstrålelitografisteget kan kombineras med, eller ersättas av, andra skalbara mönstringsmetoder som mall för självmontering, den nya tekniken skulle kunna användas för storskalig tillverkning av framtida hårddiskar med ultrahög densitet.
Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.