パターンメディア

パターン化メディア（ビットパターン化メディアまたはBPM [ 1 ]とも呼ばれる）は、現在のハードディスクドライブ技術では各ビットが磁気アイランドに保存されるのに対し、将来のハードディスクドライブ技術では、磁気アイランド（アイランドあたり1ビット）にデータを記録する可能性がある。連続した磁性膜内に20～30個の磁性粒子が配置された構造。これらの島状構造は、ナノリソグラフィーを用いて前駆磁性膜からパターン形成される。垂直記録方式に代わる技術として提案されている技術の一つであり、より高い記録密度を実現できる。BPMは2010年に東芝によって発表された。[ 2 ]

既存のHDD技術との比較

既存のハードディスクドライブでは、データは薄い磁性膜に保存されます。この膜は、約100nmの孤立した（弱く交換結合した）物質粒子で構成されるように堆積されます。直径8nm 。 [ 3 ] 1ビットのデータはおよそ20～30個の粒子が同じ方向（ディスク面に対して「上向き」または「下向き」）に磁化されている。記憶密度を高める方法の一つは、粒子の平均体積を減らすことである。しかし、熱スイッチングのエネルギー障壁は粒子の体積に比例する。既存の材料では、粒子の体積をさらに減らすと、超常磁性により自発的にデータ損失が発生する。

パターン化メディアでは、まず薄い磁性膜を堆積し、粒子間に強い交換結合を生じさせます。次に、ナノリソグラフィーを用いて、この薄膜を磁気アイランドにパターン化します。この強い交換結合は、エネルギー障壁がアイランド内の個々の粒子の体積ではなく、アイランドの体積に比例することを意味します。したがって、熱安定性を維持しながら、アイランドの直径を小さくすることで、ストレージ密度を向上させることができます。[ 4 ]パターン化メディアは、現在のHDD技術の1 Tbit/in 2 (160 Gbit/cm 2 )の限界に対して、最大20～300 Tbit/in 2 (3.1～46.5 Tbit/cm 2 )の面密度を可能にすると予測されています。[ 5 ]

読み取り/書き込みヘッド制御戦略の違い

既存のHDDでは、データビットは理想的には同心円状のトラックに書き込まれます。ビットパターンドメディア記録ではこのプロセスが異なり、データはディスク上にリソグラフィー（下記参照）によって形成された所定の形状のトラックに書き込まれます。パターンドメディア記録においてサーボシステムが追従する必要がある軌跡は、ディスク上に存在する「サーボトラック」の集合によって特徴付けられます。サーボトラックが理想的な円形からずれることを「繰り返しランアウト」（RRO）と呼びます。したがって、ビットパターンドメディア記録におけるサーボコントローラは、設計時には未知であるRROに追従する必要があり、結果として従来のドライブで使用されているサーボ制御手法は適用できません。パターンドメディア記録には、サーボ制御設計に関していくつかの特有の課題があります。[ 6 ]

  • RRO プロファイルは不明です。
  • RRO 周波数スペクトルはサーボ システムの帯域幅を超えて広がる可能性があるため、フィードバック コントローラによって増幅されます。
  • RROスペクトルには、減衰させるべきスピンドル周波数の高調波が多数（例えば約200倍）含まれており、これによりコントローラの計算負荷が増加します。
  • RRO プロファイルはトラックごとに変化します (つまり、変化します)。

パターン化メディアの製造方法

イオンビームリソグラフィー

予備研究では、プロトタイプを作成するために調査されたプロセスの 1 つにイオンビーム近接リソグラフィーがありました。これは、ステンシル マスクを使用してイオン感応材料 (レジスト) のパターンを作成し、それを磁性材料に転写します。[ 7 ]ステンシル マスクには、開口部が形成された薄い自立型シリコン窒化物膜が含まれています。生成されるパターンは、最初に電子ビーム リソグラフィーを使用して、フォトレジストを含む基板上に形成されます。次に、この基板を使用して、プラズマ エッチングプロセスを使用して、所定のパターンを窒化物膜 (ステンシル マスク) に転写します。十分な数の基板を作成するには、製造プロセス (エッチング) 中にマスクに転写される開口部のサイズの均一性を維持する必要があります。マスクのサイズの均一性の達成と維持には、圧力、温度、エネルギー (電圧の量)、エッチング時に使用される電力など、多くの要因が関係します。これらのパラメータ下で均一なパターンを正確にエッチングするプロセスを最適化するために、基板をテンプレートとして使用し、イオン近接ビームリソグラフィープロセスを用いてシリコン窒化物ステンシルマスクを作製することができます。その後、このステンシルマスクをプロトタイプとして使用してパターンメディアを作成できます。

ブロック共重合体フィルムの誘導自己組織化

2014年、日立グローバルストレージテクノロジーズのリカルド・ルイスは、今後の会議のブリーフィングノートの中で、「リソグラフィーの課題に対する最も有望な解決策は、ブロックコポリマーフィルムの誘導自己組織化にある。これは、BPM技術に間に合うように20nm未満のリソグラフィーを実現するための実行可能な技術として最近進化している」と述べている。[ 8 ] [ 9 ]

参照

参考文献

  1. ^ 「高密度HDD向けビットパターンメディア」 . Toshiba.co.jp . nd 2016年11月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年9月17日閲覧。ビットパターンメディア（BPM）は、磁性層が1ビット（1つの磁気ドットとスペース）のサイズに縮小された磁気記録媒体の一種です。
  2. ^ 「東芝のビットパターンドライブはHDD市場を変えるのか？」 PC Magazine、2010年8月19日。 2010年8月21日閲覧。
  3. ^ Weller, Dieter; Mosendz, Oleksandr; et al. (2013年7月). 「熱アシスト磁気記録用L1 0 FePtX-Y媒体：熱アシスト磁気記録用L1 0 FePtX-Y媒体」 . Physica Status Solidi A. 210 ( 7): 1245– 1260. doi : 10.1002/pssa.201329106 .
  4. ^ Ross, Ca (2001年8月). 「パターン化磁気記録媒体」. Annual Review of Materials Research . 31 (1): 203– 235. Bibcode : 2001AnRMS..31..203R . doi : 10.1146/annurev.matsci.31.1.203 .
  5. ^ Griffiths, Rhys (2013年11月25日). 「ビットパターンメディア製造におけるブロックコポリマーの誘導自己組織化」 . Journal of Physics D: Applied Physics . 46 (50) 503001. Bibcode : 2013JPhD...46X3001A . doi : 10.1088/0022-3727/46/50/503001 .
  6. ^ Shahsavari; et al. (2014).ビットパターンメディア記録における繰り返し可能なランアウト追従. ASME 2014 情報記憶・処理システム会議 . pp. V001T03A0​​01. doi : 10.1115/ISPS2014-6946 . ISBN 978-0-7918-4579-0. S2CID  13817067 .オープンアクセスアイコン（ 2020年10月11日アーカイブ）
  7. ^ Wolfe, John C.; Pendharkar, Sandeep V.; et al. (1996年11月). 「高密度ナノ構造のための近接イオンビームリソグラフィープロセス」. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures . 14 (6): 3896. Bibcode : 1996JVSTB..14.3896W . doi : 10.1116/1.588689 .
  8. ^ 「ブロック共重合体誘導組織を用いた磁気ビットパターンメディアの製造」 2014年。 2014年9月17日閲覧。リソグラフィーの課題に対する最も有望な解決策は、ブロック共重合体フィルムの誘導自己組織化にあります。これは、BPM技術に間に合うように20nm未満のリソグラフィーを実現するための実用的な技術として最近発展しました。
  9. ^ Ross, CA; Cheng, JY (2008年9月). 「自己組織化ブロック共重合体リソグラフィーによるパターン化磁気媒体」. MRS Bulletin . 33 (9): 838– 845. doi : 10.1557/mrs2008.179 .
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