Fabrication Trick bietet fünffachen Sprung bei der Festplattenkapazität

Eine Technik, die es den nanostrukturierten Schichten ermöglicht, die Daten in Festplattenlaufwerken speichern, sich selbst zusammenzusetzen, wurde verbessert, um besser für die Massenproduktion geeignet zu sein, und könnte Festplatten ermöglichen, die fünfmal so viele Daten speichern wie die größten heute verfügbaren.

Dünne Linien: Dank einer neuen Beschichtung, die die korrekte Ausrichtung der Moleküle unterstützt, fügten sich Polymermoleküle in dem größeren dieser beiden Mikroskopbilder zu einem regelmäßigen Muster von 10 Nanometer breiten Korridoren zusammen. Das kleinere Bild zeigt, dass die Polymere ohne die Beschichtung keine organisierten Strukturen bilden.

Die Verwendung von Selbstmontage anstelle von Maschinen, die Merkmale drucken oder ausätzen, wurde lange Zeit als potenzielle Lösung für eine sich abzeichnende Barriere bei der Erweiterung der Kapazität von Festplattendesigns angesehen. Forscher der University of Texas in Austin haben nun eine Lösung für ein Problem erarbeitet, das die Selbstmontage mit bestehenden Fabriken unvereinbar machte.



Festplatten speichern Daten auf einer sich drehenden Scheibe, die in ein Muster magnetisierter Bereiche auf einer magnetischen Beschichtung geschrieben werden. Jahrzehntelang wurde die Festplattenkapazität dadurch gesteigert, dass diese Regionen – und damit die Daten – dichter gepackt wurden. Aber jetzt können sie nicht viel näher beieinander positioniert werden, ohne dass magnetische Störungen die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung gefährden.

Das Bedecken eines Plattentellers mit physisch getrennten Punkten aus magnetischem Material anstelle einer durchgehenden Beschichtung würde eine viel dichtere Speicherung ermöglichen, da eine Störung zwischen den Punkten durch die Lücken zwischen ihnen verhindert würde. Aber bestehende Herstellungsverfahren können diskrete Inseln mit einem Abstand von weniger als etwa 30 Nanometern nicht zuverlässig herstellen, was ungefähr die gleiche Datendichte wie heute bei herkömmlichen Festplattendesigns erzeugt.

Grant Willson , ein Professor für Materialwissenschaften an der UT Austin, der mit dem Chemieprofessor der UT Austin zusammenarbeitet Christopher Ellis , hat einen Weg gefunden, Magnetinseln viel dichter zu bauen, als es bestehende Produktionswerkzeuge schaffen können. Diese neue Methode verwendet einen Block von Copolymeren – langkettige Moleküle aus Blöcken verschiedener Polymere – die sich zu regelmäßigen und sehr kleinen, sich wiederholenden Mustern zusammenfügen können. Die Muster können durch die Auswahl der richtigen Polymerkombination und das Hinzufügen von Mustern zu der Oberfläche, auf die sie aufgetragen werden, geleitet werden. Sobald ein solches Muster gebildet ist, kann es als Schablone verwendet werden, um Punkte aus magnetischem Material auf einer Festplattenplatte zu erzeugen.

Dieser Ansatz wurde durch die Herausforderung gebremst, lange Copolymermoleküle mit einer Methode, die mit bestehenden Fabriken kompatibel ist, flach zu legen. Die UT Austin-Gruppe gab letzte Woche bekannt, dass sie das Problem gelöst hat, indem sie eine Deckschicht – ebenfalls ein Polymer – erfunden hat, die die Copolymere in die richtige Ausrichtung bringt.

Man schleudert einfach ein paar Schichten mehr als üblich und erhitzt das Ding mit der bereits darin befindlichen Heizplatte, sagt Willson. Wenn der Polymerdecklack aufgetragen wird, ist dieser inaktiv und mit Ammoniumionen verbunden. Durch das Erhitzen wird Ammoniak verdrängt und das Polymer der Deckschicht in eine neue Struktur umgewandelt, die mit der Copolymerschicht interagiert und sie in die gewünschte Orientierung bringt. Anschließend wird der Decklack abgewaschen, wobei die Copolymere und die Strukturen, zu denen sie zusammengefügt sind, zurückbleiben.

Dieser Prozess kann in weniger als 30 Sekunden durchgeführt werden, schneller als der derzeit langsamste Schritt in einer Fertigungslinie für Festplatten, sagt Willson. Bisher hat die Gruppe gezeigt, dass sie Muster mit Details von bis zu 10 Nanometern erstellen kann. Willson schätzt, dass dies es Festplatten ermöglichen würde, Daten mit der fünffachen aktuellen Dichte zu speichern, etwa ein Terabit an Informationen (1.024 Gigabyte) pro Quadratzoll.

HGST, ein Speicherunternehmen von Western Digital, untersucht, wie die Technik in bestehende Produktionslinien integriert werden könnte. Willson sagt, dass sein Decklack auch für die Produktion von Unternehmen abgestimmt werden muss, die sich auf die Halbleiterfertigung spezialisiert haben.

James Watkins , Direktor des Zentrums für hierarchische Fertigung an der University of Massachusetts, Amherst, sagt, dass auch die Copolymere selbst verbessert werden müssen, bevor die Selbstorganisationsmethode kommerziell genutzt werden kann. Eine Herausforderung sei es, mit Copolymeren großflächige fehlerfreie Ordnung zu erreichen, sagt er. Bei Millionen von Daten speichernden Punkten auf dem Plattenteller einer Festplatte müssen die Fehlerraten sehr niedrig sein, um zu vermeiden, dass eine große Anzahl davon falsch positioniert wird.

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