Показана возможность шестикратного увеличения плотности записи данных на магнитный носитель

Физики из сингапурского Агентства по науке, технологии и исследованиям и Национального университета Сингапура продемонстрировали оригинальную методику изготовления магнитных носителей с плотностью записи данных, доходящей до 3,3 Тбит на квадратный дюйм.

Напомним: в современных жёстких дисках поверхностная плотность записи достигает лишь 0,5 Тбит на квадратный дюйм, а показатель в 1–1,5 Тбит называют пределом возможностей существующей технологии. Это ограничение имеет физическую природу и продиктовано тем, что каждый бит приходится записывать на нескольких магнитных зёрнах размером в 7–9 нм. Чтобы увеличить плотность, нужно сокращать число зёрен, отводимых на один бит, или уменьшать их габариты; к сожалению, первое решение оборачивается проблемами при считывании информации, а второе ведёт к тому, что заданное состояние намагниченности становится нестабильным.

Для перспективной технологии создания структурированных носителей данных, в которых отдельные биты представляются единичными (но относительно крупными) магнитными ячейками, организованными в упорядоченные массивы, значение в 1,5 Тбит на кв. дюйм не считается предельным. Характеристики устройства здесь прямо зависят от качества сформированной методом электронно-лучевой литографии основы для магнитных битов и, разумеется, от размеров элементов этой основы.

Сингапурские исследователи максимально упростили изготовление структурированных носителей, сократив число технологических операций до двух. На первом этапе они задавали нужный рисунок поверхности, воздействуя электронным пучком на резист (водород-силсесквиоксан HSiO_1,5, HSQ). Результатом такой обработки стал упорядоченный массив «столбиков» из термически и механически стойкого и химически стабильного оксида кремния SiO_x. Хотя шаг элементов созданных массивов мог составлять и 15 (это значение как раз и соответствует плотности в 3,3 Тбит на кв. дюйм), и 13 (4,4 Тбит на кв. дюйм), и 11 нм (6,2 Тбит на кв. дюйм), в двух последних случаях качество наноструктур показалось авторам недостаточно высоким: «столбики», к примеру, отходили от тех позиций, которые они занимали бы в идеальной решётке. По этой причине к следующему этапу — нанесению магнитного материала — были допущены только 15-нанометровые (и некоторые более разреженные) массивы.

Роль магнитного покрытия в опытах сыграли многослойные плёнки из кобальта и палладия с подслоем из Ta и Pd и 3-нанометровым палладиевым защитным слоем. Общая толщина покрытия составила 21 нм.

Доказать, что созданные биты магнитно изолированы, намагничиваются независимо друг от друга и подходят для записи данных, помогли исследования по методике магнитной силовой микроскопии. Её не слишком высокое разрешение вынудило учёных рассматривать устройства с менее плотной (1,9 Тбит на кв. дюйм) упаковкой битов, но 15-нанометровые массивы, вероятнее всего, показали бы аналогичные результаты.

Помимо уже упомянутого сокращения количества технологических операций, новую работу отличает оригинальный способ проявления резиста. Обычно для проявления HSQ используют водные щелочные растворы, а авторы задействовали водную смесь щёлочи (NaOH) и соли (NaCl). Это позволило увеличить контрастность резиста и повысить разрешающую способность литографии.

В первых двух рядах находятся снимки «столбиков» из SiO<sub>x</sub> и магнитных битов, а внизу показан разрез готового массива битов с шагом элементов в 30 нм. Все размеры проставлены в нанометрах. (Иллюстрация из журнала Nanotechnology.)

В первых двух рядах находятся снимки «столбиков» из SiO_x и магнитных битов, а внизу показан разрез готового массива битов с шагом элементов в 30 нм. Все размеры проставлены в нанометрах. (Иллюстрация из журнала Nanotechnology.)

Полное описание разработанной специалистами из Сингапура методики проявления HSQ можно найти в статье, опубликованной в издании Journal of Vacuum Science & Technology B, а статья, посвящённая новому структурированному носителю данных, вышла в журнале Nanotechnology.