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1つの磁気ディスク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島（島ごとに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個の磁性粒子が存在します。島はナノリソグラフィーを使用して前駆磁性膜からパターン化されます。これは、より高いストレージ密度を可能にするため、垂直記録に代わる提案された技術の1つです。BPMは2010年に東芝によって導入されました。 ^[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（弱い交換結合した）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」または「下」) に磁化されます。ストレージ密度を高める方法の 1 つは、粒子の平均体積を減らすことです。ただし、熱スイッチングのエネルギー障壁は粒子の体積に比例します。既存の材料では、粒子の体積をさらに減らすと、超常磁性によりデータが自然に失われます。

パターン化メディアでは、薄い磁性膜が最初に堆積され、粒子間に強い交換結合が生じる。次にナノリソグラフィーを使用して、これを磁気島にパターン化する。強い交換結合とは、エネルギー障壁が島内の個々の粒子の体積ではなく、島の体積に比例することを意味する。したがって、熱安定性を維持しながら、島の直径を小さくしてパターン化することで、ストレージ密度を増加することができる。^{[4]パターン化メディアは、現在のHDD技術に存在する1 Tbit/in}² (160 Gbit/cm ² )の制限とは対照的に、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る。^[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のリソグラフィー (下記参照) によって作成された所定の形状のトラックに書き込まれます。パターンメディア記録でサーボシステムが従う必要のある軌道は、ディスク上に存在する一連の「サーボトラック」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「反復ランアウト」(RRO) と呼びます。したがって、ビットパターンメディア記録のサーボコントローラは、設計時には不明な RRO に従う必要があり、その結果、従来のドライブで使用されるサーボ制御方法論は適用できません。パターンメディア記録には、サーボ制御設計に関していくつかの特定の課題があります。^[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、減衰する必要があるスピンドル周波数の高調波が多数含まれています (例: 約 200 の高調波)。これにより、コントローラー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つは、イオンビーム近接リソグラフィーでした。これは、ステンシルマスクを使用してイオン感応性材料（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、開口部が形成される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、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、指定された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、多くの要因が寄与します。これらのパラメータの下で均一なパターンを正しくエッチングするプロセスを最適化するには、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通じてシリコン窒化物のステンシルマスクを製造できます。ステンシルマスクは、パターンメディアを作成するためのプロトタイプとして使用できます。

誘導自己組織化ブロック共重合体映画

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り、これは最近、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進化しました」と書いています。^[8]^[9]

参照

参考文献

^ 「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、磁気層が 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。
^ 「東芝のビットパターンドライブは HDD の状況を変えるか?」 PC Magazine。2010 年 8 月 19 日。2010年8 月 21 日閲覧。
^ 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 .
^ 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.
^ Griffiths, Rhys (2013年11月25日). 「ビットパターンメディア製造に使用するためのブロック共重合体の誘導自己組織化」. Journal of Physics D: Applied Physics . 46 (50): 503001. Bibcode :2013JPhD...46X3001A. doi : 10.1088/0022-3727/46/50/503001 .
^ 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 情報ストレージおよび処理システム会議。pp. V001T03A0 01。doi :10.1115 / ISPS2014-6946。ISBN 978-0-7918-4579-0.S2CID 13817067 。 (2020-10-11アーカイブ)
^ 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.
^ 「ブロック共重合体誘導アセンブリを使用し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実行可能な技術として最近進化しました。
^ 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メディア」. MRS Bulletin . 33 (9): 838–845. doi :10.1557/mrs2008.179.

[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、磁気層が 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。

[AutoMK-22-2] 「東芝のビットパターンドライブは HDD の状況を変えるか?」 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 .

[Ross-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使用するためのブロック共重合体の誘導自己組織化」. 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 情報ストレージおよび処理システム会議。pp. V001T03A0 01。doi :10.1115 / ISPS2014-6946。ISBN 978-0-7918-4579-0.S2CID 13817067 。 (2020-10-11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アセンブリを使用し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実行可能な技術として最近進化しました。

[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メディア」. MRS Bulletin . 33 (9): 838–845. doi :10.1557/mrs2008.179.