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Magnetische Speicherwerkstoffe. Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Speichermedien elektronisch.

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Präsentation zum Thema: "Magnetische Speicherwerkstoffe. Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Speichermedien elektronisch."—  Präsentation transkript:

1 Magnetische Speicherwerkstoffe

2 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Speichermedien elektronisch (Halbleiterspeicher): auf Basis von Kondensatoren und Transistoren –RAM –ROM –Flashspeicher optisch: Topographiemessung mit einer Laserdiode –CD –DVD magnetisch: –Festplatte

3 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Motivation fortschreitende Digitalisierung stetig wachsender Speicherplatzbedarf höhere Speicherdichte Mooresches Gesetz superparamagnetisches Limit Magnetic Design (Tuning) und neue Speicherprinzipien

4 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Bereiche mit gleicher Magnetisierungsrichtung: Domänen stetige Änderung der Magnetisierung: Blochwände Minimierung von Streufeld-, Austausch- und Anisotropieenergie: Eindomänen-Teilchen für d

5 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Festplatte Paetzold: Thermische Stabilität und Modifizierung der magn. Austauschanisotropie in Schichtsystemen Albrecht, Thiele, Moser: Terabit-Speicher – bald Realität oder nur Fiktion granulare, magnetische Schicht (z.B. CoPtCrB), 10-15nm dick mittlere Korngröße etwa 10nm viele Körner für ein Bit (50-100) in-plane Magnetisierung GMR-Lesekopf Spule zum Schreiben Flughöhe: 15-20nm Speicherdichte: 70GBit/in 2 35nm x 270nm - Struktur

6 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Signal zu Rausch-Verhältnis B: Bitlänge W: Bitbreite a: Übergangsbereich D: Korndurchmesser : Streuung der Korngröße Albrecht, Thiele, Moser: Terabit-Speicher – bald Realität oder nur Fiktion große Bitgröße kleiner Übergangsbereich kleine Körner konstante Korngröße

7 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Magnetische Materialien MaterialAnisotropie K [Jcm -3 ] M S [emu/cc] H K [kOe] D [nm] heutiges MaterialCoPtCrX0, MultilayerCoPt L1 0 -PhaseFePt ,8 seltene ErdenNbFeB4, ,7 amorphe MaterialienCoSm ,2-2,7 insbesondere Materialien mit L1 0 -Phase und SE-Verbindungen bieten sich als Speichermaterialien an

8 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Antiferromagnetische Kopplung Antiferromagnetische Kopplung durch dünne Ru-Schicht Vorteile: kleineres H W (write) wegen geringerer effektiver Schichtdicke höhere thermische Stabilität Reduktion der Streufelder Erhöhung der Speicherdichte um den Faktor 2!! Quelle: Hitachi Albrecht, Thiele, Moser: Terabit-Speicher – bald Realität oder nur Fiktion

9 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Thermisch unterstütztes Schreiben Idee: Erniedrigung des Schreibfeldes durch Erwärmung: Curie-Weiss-Gesetz: Abnahme von H C Albrecht, Thiele, Moser: Terabit-Speicher – bald Realität oder nur Fiktion Probleme: kleine Wärmequelle T nahe T C benötigt je größer K, desto größer auch T C thermomagnetisches Verhalten muss berücksichtigt werden Albrecht, Thiele, Moser: Terabit-Speicher – bald Realität oder nur Fiktion

10 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Quelle: Hitachi Magnetische Momente stehen senkrecht zur Schichtebene höhere Speicherdichte möglich (Faktor 2-7) Senkrechtes Schreiben

11 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes CoPt-SiO2 magnetic layer Ru interlayer Seed layer Soft magnetic underlayer Design eines senkrechten Mediums (a) Cross-sectional transmission electron micrograph of a typical perpendicular recording medium design. (b) Cross- sectional image of a medium design lacking an appropriate seed layer.

12 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Longitudinales vs. Senkrechtes Schreiben Schematic illustration of the two modes of magnetic recording: (left) longitudinal recording and (right) perpendicular recording. In longitudinal recording the medium is written using the fringe field of the gap. In perpendicular recording, the writing is achieved by the main pole (on the right). Demonstration of a written transition in a granular magnetic recording medium. The trasntion boundary has to follow the microstructure of the medium. The firgure depicts the most optimistic case in which the recording is within the grain size limit.

13 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Strukturierte magnetische Medien

14 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Strukturierte magnetische Medien Idee: 1 Nanostruktur entspricht 1 Bit Anforderungen: Eindomänen-Zustand exakt gleiche Nanostruktur periodische Anordnung uniaxiale Anisotropie kleine Strukturgröße (1TBit/in 2 entspricht 25nm x 25nm – Struktur) keine Strukturfehler Vorteile: hohe Speicherdichte höhere thermische Stabilität kein Rauschen kleinere Schreibfelder

15 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Herstellungsbeispiel durch Lithographie Herstellung einer topografisch strukturierten Oberfläche Datenstruktur durch Topografie vorgegeben Information auf Berg speichern typische Verfahren: optische Lithografie Elektronenstrahllithografie Nanoimprintverfahren

16 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Optische Alternative - Millipede Nutze Spitzen-Prinzip des AFMs hohe Datendichte möglich Parallelschaltung: Array aus Spitzen mit integrierter Schaltung Abbildungen: IBM

17 Functional Materials - Dept. Materials Science – Saarland University Universität des Saarlandes Verlauf der Flächenspeicherdichte Areal density of magnetic hard disks as a function of calendar year. The compounded growth rate (CGR) is indicated. MR stands for the introduction of magnetoresistance head, GMR for giant magnetoresistance head, AFC for the antiferromagnetically coupled media and PR for the perpendicular recording media.


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