Millipede

1. Millipede Lecture7

2. Na razie wykorzystujemy HDD, ale…

3. Dlatego wymyślono Millipede(w wolnym tłumaczeniu - Krocionóg) • Duża gęstość upakowania danych (do 500 Gbit/cal2) – poprzez zastosowanie technik obrazowania opartych na mikroskopii sił atomowych AFM • Duża prędkość danych – poprzez zastosowanie wielu równoległych operacji odczyt/zapis • Małe rozmiary urządzenia

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

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

6. 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.

7. Matryca wsporników

8. 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.

9. Równoległe operacje

10. 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.

11. 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.

12. Animacja – zapis/odczyt

13. 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.

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

15. Chip matrycy 32x32

16. Zmodyfikowany HDD

17. 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. Binnig • A Nanotechnology-based Approach to Data Storage: IBM Research, Zurich Research Laboratory • http://www.zurich.ibm.com/st/storage/millipede.html • Nanoelectronics and Information Technology