Médias à motifs

Les supports à motifs (également appelés supports à motifs binaires ou BPM ) sont une future technologie potentielle de disque dur permettant d'enregistrer des données dans des îlots magnétiques (un bit par îlot), par opposition à la technologie actuelle de disque dur où chaque bit est stocké dans20 à 30 grains magnétiques dans un film magnétique continu. Les îlots seraient modelés à partir d'un film magnétique précurseur à l'aide de la nanolithographie . C'est l'une des technologies proposées pour réussir l'enregistrement perpendiculaire en raison des densités de stockage plus importantes qu'elle permettrait. Le BPM a été introduit par Toshiba en 2010.

Dans les disques durs existants, les données sont stockées dans un film magnétique mince. Ce film est déposé de manière à être constitué de grains de matériau isolés (faiblement couplés par échange ) d'environ8 nm de diamètre. Un bit de données se compose d'environ20 à 30 grains magnétisés dans la même direction (soit « vers le haut », soit « vers le bas », par rapport au plan du disque). Une méthode pour augmenter la densité de stockage consiste à réduire le volume moyen des grains. Cependant, la barrière énergétique pour la commutation thermique est proportionnelle au volume des grains. Avec les matériaux existants, de nouvelles réductions du volume des grains entraîneraient une perte de données spontanée due au superparamagnétisme .

Dans les supports à motifs, le film magnétique mince est d'abord déposé de sorte qu'il existe un fort couplage d'échange entre les grains. À l'aide de la nanolithographie , il est ensuite structuré en îlots magnétiques. Le fort couplage d'échange signifie que la barrière énergétique est désormais proportionnelle au volume de l'îlot, plutôt qu'au volume des grains individuels à l'intérieur de l'îlot. Par conséquent, des augmentations de la densité de stockage peuvent être obtenues en créant des îlots de diamètre de plus en plus petit, tout en maintenant la stabilité thermique. Les supports à motifs devraient permettre des densités surfaciques allant jusqu'à 20-300 Tbit/in ² (3,1-46,5 Tbit/cm ² ) par opposition à la limite de 1 Tbit/in ² (160 Gbit/cm ² ) qui existe avec la technologie HDD actuelle.

Dans les disques durs existants, les bits de données sont idéalement écrits sur des pistes circulaires concentriques. Ce processus est différent dans l'enregistrement sur support à motifs binaires où les données doivent être écrites sur des pistes aux formes prédéterminées, qui sont créées par lithographie (voir ci-dessous) sur le disque. Les trajectoires qui doivent être suivies par le système d'asservissement dans l'enregistrement sur support à motifs sont caractérisées par un ensemble de « pistes d'asservissement » existant sur le disque. L'écart d'une piste d'asservissement par rapport à une forme circulaire idéale est appelé « runout répétable » (RRO). Par conséquent, le contrôleur d'asservissement dans l'enregistrement sur support à motifs binaires doit suivre le RRO qui est inconnu au moment de la conception, et par conséquent, les méthodologies de contrôle d'asservissement utilisées pour les lecteurs conventionnels ne peuvent pas être appliquées. L'enregistrement sur support à motifs présente certains défis spécifiques en termes de conception de contrôle d'asservissement :

• Le profil RRO est inconnu.
• Le spectre de fréquence RRO peut s'étendre au-delà de la bande passante du système servo ; par conséquent, il sera amplifié par le contrôleur de rétroaction.
• Le spectre RRO contient de nombreuses harmoniques de la fréquence de la broche (par exemple environ 200 harmoniques) qui doivent être atténuées. Cela augmente la charge de calcul du contrôleur.
• Le profil RRO change d'une piste à l'autre (c'est-à-dire qu'il varie).

Dans le cadre de recherches préliminaires, l'un des procédés étudiés pour créer des prototypes était la lithographie de proximité par faisceau ionique . Elle utilise des masques à pochoir pour produire des motifs dans un matériau sensible aux ions (résine), qui sont ensuite transférés sur un matériau magnétique. Le masque à pochoir contient une fine membrane autoportante en nitrure de silicium dans laquelle des ouvertures sont formées. Le motif à générer est d'abord formé sur un substrat contenant une résine photosensible à l'aide de la lithographie par faisceau d'électrons . Ensuite, le substrat est utilisé pour transférer le motif donné sur la membrane en nitrure (masque à pochoir) à l'aide du procédé de gravure au plasma . Pour créer suffisamment de substrats, il faut maintenir l'uniformité de taille des ouvertures qui sont transférées au masque pendant le processus de fabrication (gravure). De nombreux facteurs contribuent à l'obtention et au maintien de l'uniformité de taille dans le masque, tels que : la pression, la température, l'énergie (quantité de tension) et la puissance utilisée lors de la gravure. Pour optimiser le processus de gravure de motifs uniformes dans ces conditions, le substrat peut être utilisé comme modèle pour fabriquer des masques de pochoir en nitrure de silicium par le biais du procédé de lithographie par faisceau de proximité ionique. Le masque de pochoir peut ensuite être utilisé comme prototype pour créer des supports de motifs.

En 2014, Ricardo Ruiz de Hitachi Global Storage Technologies écrit dans une note d'information sur une conférence à venir que « la solution la plus prometteuse au défi lithographique peut être trouvée dans l'auto-assemblage dirigé de films de copolymères séquencés, qui a récemment évolué comme une technique viable pour atteindre une lithographie inférieure à 20 nm à temps pour la technologie BPM ».