Millipede Lecture7

Na razie wykorzystujemy HDD, ale…

Dlatego wymyślono Millipede (w wolnym tłumaczeniu - Krocionóg) Duża gęstość upakowania danych (do 500 Gbit/cal 2 ) – poprzez zastosowanie technik obrazowania opartych na mikroskopii sił atomowych AFM Duża prędkość danych – poprzez zastosowanie wielu równoległych operacji odczyt/zapis Małe rozmiary urządzenia

Podstawa pomysłu Pojedynczy wspornik (cantilever) ze zintegrowaną końcówką (tip) zapisująco/ odczytującą Cienka warstwa polimerowa na podłożu krzemowym, służąca za nośnik informacji

Wspornik: - długość: 70 µm - szerokość: 10 µm - grubość: 0,5 µm Końcówka: - wysokość: 2 µm - Promień „kolca”: mniej niż 20 nm

Dzięki zastosowaniu cienkiej warstwy polimeru (grubość 40 nm) jesteśmy zdolni otrzymać rozmiar bitu o średnicy 40 nm rozdzielczości 120 nm. Z powodu małej grubości warstwy, aby uniknąć niszczenia końcówki o podłoże krzemowe użyto 70 nm warstwy fotorezystu o strukturze sieciowej.

Matryca wsporników

Pod nieruchomą matrycą wsporników (rozdzielczość 92 µm) umieszczona jest warstwa magazynująca poruszana za pomocą skanera x/y. Odległość matrycy od nośnika (w kierunku z) jest kontrolowana przez 4 sensory znajdujące się na rogach matrycy poprzez sprzężenie zwrotne działające na „z-aktywatory” znajdujące pod nośnikiem. Adresowane rząd po rzędzie wsporniki matrycy przeprowadzają równolegle operacje odczyt/zapis.

Równoległe operacje

Proces zapisu Rozgrzany impulsowym prądem grzejnik zintegrowany ze wspornikiem, umieszczony ponad końcówką podnosi jej temperaturę do ok. 400°C, co jest wystarczające, aby zmiękczyć polimer. Następnie końcówka jest opuszczana na warstwę polimeru powodując w niej zagłębienie. Brak zagłębienia oznacza logiczne zero.

Proces odczytu Wykorzystujemy tutaj zależną od temperatury rezystancję grzejnika umieszczonego na wsporniku, który w tym przypadku służy jako sensor temperatury. Polimer ma większą przewodność cieplną niż powietrze, dzięki temu po uprzednim podgrzaniu końcówki do temperatury ok. 350°C (co nie jest wystarczające do zmiękczenia polimeru) możemy wykryć czy końcówka opiera się o polimer w miejscu bez zagłębienia czy jest zagłębiona w polimerze.

Animacja – zapis/odczyt

Historia projektu Na początku pracowano nad matrycą 5x5, z sensorami piezorezystywnymi bez multipleksowania w czasie (każdy wspornik był adresowany oddzielnie) wykorzystującą metalowe (Al) połączenia grzejnika. Natrafiono jednakże na problemy spowodowane zależnymi od temperatury transportem elektronów i odchyleniami wspornika.

Matryca 32x32 wsporników: –wsporniki w całości wykonane z krzemu –sensory termiczne zamiast piezorezystywnych –Multipleksacja adresowania rząd/kolumna

Chip matrycy 32x32

Zmodyfikowany HDD

Bibliografia The 'Millipede' - More than one thousand tips for future AFM data storage : P. Vettiger, M. Despont, U. Drechsler, U. Dürig, W. Häberle, M. I. Lutwyche, H. E. Rothuizen, R. Stutz, R. Widmer, and G. K. BinnigVettigerDespontDrechslerDürigHäberleLutwycheRothuizenStutzWidmer Binnig A Nanotechnology-based Approach to Data Storage: IBM Research, Zurich Research Laboratory mlhttp:// ml Nanoelectronics and Information Technology