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.

Сверху показана общая схема изготовления структурированного носителя данных: сначала по методике электронно-лучевой литографии создаются «столбики» из SiO x , а затем вся структура покрывается магнитными материалами. В среднем ряду находятся изображения разных упорядоченных массивов «столбиков», а в нижнем — снимки готовых магнитных битов. Все размеры даны в нанометрах. (Иллюстрация из журнала Nanotechnology.)

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 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 .