Gemusterte Medien - Patterned media
Gemusterte Medien (auch als Bitmustermedien oder BPM bekannt) sind eine potenzielle zukünftige Festplattentechnologie zum Aufzeichnen von Daten auf magnetischen Inseln (ein Bit pro Insel), im Gegensatz zur aktuellen Festplattentechnologie, bei der jedes Bit in 20- 30 Magnetkörner in einem durchgehenden Magnetfilm. Die Inseln würden aus einem magnetischen Vorläuferfilm unter Verwendung von Nanolithographie gemustert werden . Es ist eine der vorgeschlagenen Technologien, um aufgrund der größeren Speicherdichten, die es ermöglichen würde, eine senkrechte Aufzeichnung zu erreichen. BPM wurde 2010 von Toshiba eingeführt .
Vergleich mit bestehender HDD-Technologie
Bei bestehenden Festplattenlaufwerken werden Daten in einem dünnen Magnetfilm gespeichert. Dieser Film wird so abgeschieden, dass er aus isolierten (schwach austauschgekoppelten ) Materialkörnern von etwa 8 nm Durchmesser besteht. Ein Datenbit besteht aus etwa 20-30 Körnern, die in die gleiche Richtung magnetisiert sind (entweder "oben" oder "unten", bezogen auf die Plattenebene). Ein Verfahren zur Erhöhung der Lagerdichte bestand darin, das durchschnittliche Kornvolumen zu verringern. Die Energiebarriere für das thermische Schalten ist jedoch proportional zum Kornvolumen. Bei bestehenden Materialien würde eine weitere Reduzierung des Kornvolumens zu einem spontan auftretenden Datenverlust durch Superparamagnetismus führen .
Bei gemusterten Medien wird zuerst der dünne magnetische Film abgeschieden, so dass eine starke Austauschkopplung zwischen den Körnern besteht. Mittels Nanolithographie wird es dann zu magnetischen Inseln strukturiert. Die starke Austauschkopplung bedeutet, dass die Energiebarriere jetzt proportional zum Inselvolumen ist und nicht mehr zum Volumen einzelner Körner innerhalb der Insel. Daher können Erhöhungen der Speicherdichte durch Strukturieren von Inseln mit zunehmend kleinerem Durchmesser erreicht werden, während die thermische Stabilität beibehalten wird. Es wird vorhergesagt, dass gemusterte Medien Flächendichten von bis zu 20-300 Tb/in 2 ermöglichen, im Gegensatz zu der 1 Tb/in 2 Grenze, die bei der aktuellen HDD-Technologie existiert.
Unterschiede bei den Steuerungsstrategien des Schreib-/Lesekopfs
In bestehenden HDDs werden Datenbits idealerweise auf konzentrische kreisförmige Spuren geschrieben. Dieser Prozess unterscheidet sich bei der Aufzeichnung von Medien mit Bitmuster, bei denen Daten auf Spuren mit vorbestimmten Formen geschrieben werden sollen, die durch Lithographie (siehe unten) auf der Platte erzeugt werden. Die Trajektorien, denen das Servosystem bei der gemusterten Medienaufzeichnung folgen muss, sind durch einen Satz von "Servospuren" gekennzeichnet, die auf der Platte vorhanden sind. Die Abweichung einer Servospur von einer idealen Kreisform wird als "repeatable runout" (RRO) bezeichnet. Daher muss der Servocontroller bei der Bitmuster-Medienaufzeichnung dem RRO folgen, der zum Zeitpunkt der Entwicklung unbekannt ist, und als Ergebnis können die Servosteuerungsverfahren, die für herkömmliche Antriebe verwendet werden, nicht angewendet werden. Die gemusterte Medienaufzeichnung weist einige spezifische Herausforderungen in Bezug auf das Design der Servosteuerung auf:
- RRO-Profil ist unbekannt.
- Das RRO-Frequenzspektrum kann sich über die Bandbreite des Servosystems hinaus ausbreiten; daher wird es von der Rückkopplungssteuerung verstärkt.
- Das RRO-Spektrum enthält viele Harmonische der Spindelfrequenz (zB ∼ 200 Harmonische), die gedämpft werden sollen. Dies erhöht den Rechenaufwand in der Steuerung.
- Das RRO-Profil ändert sich von Spur zu Spur (dh es variiert).
Methoden der gemusterten Medienherstellung
Ionenstrahllithographie
In der Vorforschung wurde unter anderem die Ionenstrahl-Proximity-Lithographie zur Herstellung von Prototypen untersucht . Diese verwendet Schablonenmasken, um Muster aus einem ionensensitiven Material (Resist) zu erzeugen, die dann auf magnetisches Material übertragen werden. Die Schablonenmaske enthält eine dünne freistehende Siliziumnitridmembran, in der Öffnungen gebildet sind. Das zu erzeugende Muster wird zuerst unter Verwendung von Elektronenstrahllithographie auf einem Substrat gebildet, das einen Fotolack enthält . Als nächstes wird das Substrat verwendet, um das vorgegebene Muster auf die Nitridmembran (Schablonenmaske) unter Verwendung des Plasmaätzprozesses zu übertragen . Um ausreichende Substrate zu erzeugen, muss die Größengleichmäßigkeit der Öffnungen beibehalten werden, die während des Herstellungsprozesses (Ätzen) auf die Maske übertragen wird. Viele Faktoren tragen zum Erreichen und Aufrechterhalten der Größengleichmäßigkeit in der Maske bei, wie zum Beispiel: Druck, Temperatur, Energie (Spannungsbetrag) und beim Ätzen verbrauchte Leistung. Um den Prozess des korrekten Ätzens gleichförmiger Muster unter diesen Parametern zu optimieren, kann das Substrat als Schablone verwendet werden, um Schablonenmasken aus Siliziumnitrid durch den Prozess der Ionen-Nahstrahl-Lithographie herzustellen. Die Schablonenmaske kann dann als Prototyp verwendet werden, um Mustermedien zu erstellen.
Selbstorganisation von Block - Copolymer - Filme
Im Jahr 2014 schreibt Ricardo Ruiz von Hitachi Global Storage Technologies in einem Briefing-Notiz für die bevorstehende Konferenz, dass "die vielversprechendste Lösung für die lithographische Herausforderung in der gerichteten Selbstorganisation von Blockcopolymerfilmen gefunden werden kann, die sich kürzlich als praktikable Methode entwickelt hat, um dies zu erreichen" Sub-20-nm-Lithographie rechtzeitig für die BPM-Technologie".