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Größere Festplatten durch Nanolithografie - fit für die Zukunft

17.06.2013 | 09:37 Uhr |

Ob sich die Festplatte mit ihrer magnetischen Aufzeichnungstechnik gegen SSDs auch in Zukunft behaupten kann, ist davon abhängig, ob es den Herstellern gelingt, die Speicherdichte weiter zu erhöhen. Nanolithografie erzeugt eine Struktur auf Festplatten-Oberflächen, die laut Western Digital mindestens eine Verdoppelung der bisherigen Datendichte erlaubt.

Den letzten großen Sprung machte die Festplatten-Technologie vor rund sechs Jahren, als die Speicherdichte der magnetischen Oberfläche 30 Gigabit pro Quadratzentimeter überstieg. Möglich macht dies die senkrechte Anordnung der magnetischen Speicher-Domänen auf der Oberfläche, bekannt als „Perpendicular Recording“. Bei dieser Aufzeichnungstechnik sind die magnetischen Momente auf der Plattenoberfläche nicht mehr waagerecht angeordnet, sondern stehen senkrecht dazu. Zwei benachbarte, unterschiedlich magnetisierte Bereiche stören sich bei dieser Aufzeichnungstechnik weniger stark. Die Ausrichtung des magnetischen Felds des Schreibkopfs erlaubt dabei außerdem den Einsatz eines schwerer magnetisierbaren Materials als Datenträgerschicht, was wiederum der thermischen Stabilität zu Gute kommt. Dies erlaubt eine Anordnung der geschriebenen Bits auf einem Medium. Festplatten knackten damit erstmals die Grenze von 1 TB - eine Verdoppelung der zuvor verbreiteten Speicherdichte. Einen ähnlichen Sprung verspricht die zu Western Digital gehörende Hitachi Global Storage Technologies (HGST) in absehbarer Zeit mit einer dramatischen Verkleinerung der magnetischen Strukturen.

Unstrukturierte Festplattenoberfläche: Bits werden in zufällig verteilten, magnetisierbaren Kristallstrukturen gespeichert.
Vergrößern Unstrukturierte Festplattenoberfläche: Bits werden in zufällig verteilten, magnetisierbaren Kristallstrukturen gespeichert.
© HGST

In geordneten Bahnen

Mit den heute üblichen, verwendeten Materialien zeichnet eine Festplatte Daten auf einer unstrukturierten, magnetisierbaren Oberfläche auf. Jedes Bit belegt dabei mehrere hundert magnetische Kristalle, genannt Weiss-Bezirke. Bei einer Verkleinerung dieser magnetisierten Bereiche tritt zunehmend ein superparamagnetischer Effekt auf, bei dem sich die Polarisierung von benachbarten Bits, was zu Datenverlust führt. Bits lassen sich auf magnetischen Medien also auch mit Perpendicular Recording nicht beliebig dicht packen.

Anders verhalten sich strukturierte Medien, die ihre magnetischen Momente bereits in Bezirke einteilen. Es entstehen gemusterte Scheiben, im Fachjargon „Bit Patterned Media“ (BPM) genannt. Auf der vorbereiteten Aufzeichnungsschicht haben kleinere und vor allem stabilere Bereiche Platz, die jeweils ein Bit speichern können. Bei der Herstellung der Datenträger per Laser ist aber bei Strukturbreiten von 20 Nanometern Schluß. Kleiner geht es mit der momentanen fotolithografischen Fertigungstechnik nicht mehr, bei welcher ein magnetisierbarer Film mit Hilfe von UV-Licht und Ätzverfahren in seine Bereiche eingeteilt wird. Das untere Limit für die Strukturgrößen gibt hier die Wellenlänge des UV-Spektrums vor.

Bit Patterned Media: Nanostrukturen erlauben ein dichtes Packen von Bits auf einer magnetisierbaren Oberfläche.
Vergrößern Bit Patterned Media: Nanostrukturen erlauben ein dichtes Packen von Bits auf einer magnetisierbaren Oberfläche.
© HGST

Magnetische Inselgruppen

Dass es trotzdem noch kleiner geht es, zeigt jetzt das neue Verfahren der Nanolithografie. Auf einer magnetisierbaren Schicht werden dabei Inseln von lediglich 10 Nanometern Größe gebildet. Dabei kommt ein Polymer-Kunststoff zur Anwendung, der sich selbst zu Molekülen anordnet. Auf einen Quadratzentimeter passen etwa 7,7 Billionen dieser magnetischen Inseln, die jeweils ein Bit speichern können und in konzentrischen Kreisen auf einer Platte angeordnet sind. Im Vergleich zu heute erhältlichen Festplatten führt diese Technologie zu einer Verdoppelung der Speicherdichte, womöglich in künftigen Entwicklungsschritten auch noch zu mehr. Entwickelt wurde das Verfahren von Hitachi Global Storage Technologies, die heute zu Western Digital gehören und die Speichertechnologie schon in den nächsten Jahren zur Marktreife bringen wollen. Ab 2020 sollen Festplatten mit Bit Patterned Media erhältlich sein, die durch Nanolithographie hergestellt wurde. Die Entwicklungszeit braucht HGS, um das Verfahren möglichst kostengünstig zu machen. Denn hier sollen die Festplatten der Zukunft vor allem punkten: Viel Platz für wenig Geld.

 

 

 

 

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