Физика, технология и элементная база современной электроники

Физика, технология и элементная база
современной электроники
Плюснин Николай Иннокентьевич,
д.ф.-м.н.,
проф. кафедр:
ИСКТ ВГУЭС, и КПРЭА ДВГТУ,
зав. лаб. ИАПУ ДВО РАН
1
Системы памяти: DVD - диски
Диски делаются
методом литья
под давлением с
использованием
базовой матрицы.
Новый метод для создания матриц
для производства DVD исключает
из технологии этап
гальванопокрытия и
предусматривает использование
ионных технологий для
непосредственной гравировки
матрицы DVD на никелевой
пластине. Новый технологический
процесс является не только
экологически чистым, но и почти в
двое уменьшает время
изготовления матрицы для DVD.
2
Оптические системы памяти
Оптические диски памяти: Увеличение
плотности записи информации на оптических
дисках в некоторой степени сдерживается
отсутствием твердотельных лазеров с
меньшей длиной волны. Выпускаемые CD
позволяют перезаписывать информацию до
ста раз. Оптические системы (так называемые
Jukebox) наибольшей емкости могут
записывать до 1,45 Тбит на 278 дисках.
3
Магнитооптические системы памяти
Ферромагнетики: Энергия твердого тела
зависит от ориентации спинов (или магнитных
моментов, так как с каждым спином связан
магнитный момент) электронов и атомов. Часть
энергии, зависящая от взаимной ориентации
магнитных моментов атомов твердого тела,
называется энергией обменного
взаимодействия. В ферромагнетиках обменная
энергия минимальна при параллельной
ориентации собственных магнитных моментов
электронов, что и приводит к появлению
спонтанной намагниченности при T < TC .
4
Магнитооптические системы памяти
В кристалле можно
выделить однородно
намагниченные домены,
направление
намагниченности в
каждом из которых
совпадает с одной из
эквивалентных осей
легкого намагничивания
Домены разделены
доменными границами.
5
Магнитооптические системы памяти
Размеры и форма доменов
определяются
конкуренцией энергии
магнитной анизотропии
(ориентацией
кристаллографических
осей ) и размагничивающих
полей (геометрией образца,
наличия несовершенств
или дефектов
кристаллической
структуры).
6
Магнитооптические системы памяти
Логическим продолжением оптических систем
стало развитие магнитооптического способа
записи информации. Помимо продольной
записи, которая используется при создании
магнитной памяти, существует
перпендикулярная запись (см. выше), при
которой вектор намагниченности доменов
ориентирован перпендикулярно к плоскости
диска. Такой тип записи применяется в
магнитооптических системах памяти. Первая
коммерческая версия магнитооптической
системы была выпущена в 1994 году.
7
Магнитооптические системы памяти
Схема магнитооптического устройства
представлена на рис. 5. При комнатной температуре
величина Нс пленки составляет величину ~ 2 кЭ, и
она может быть перемагничена постоянным полем
200—400 Э, создаваемым катушкой, расположенной
с противоположной стороны пленки. Для записи
информации лазерный луч нагревает необходимый
участок магнитной пленки до почти 500 К. При этой
температуре расположенный в точке нагрева домен
может быть легко перемагничен полем катушки. В
процессе считывания информации используется
тот же лазерный источник, но уже в несиловой
моде, которая не вызывает существенного нагрева.
8
Магнитооптические системы памяти
Рис. 5
Магнитооптическое
устройство памяти
(CD до 2,3 Гб.)
Топографическое
изображение (слева) и
магнитный контраст
(справа) от пленки
9
Магнитооптические системы памяти
Для записи информации лазерный луч нагревает
необходимый участок магнитной пленки до почти 500 К.
При этой температуре расположенный в точке нагрева
домен может быть легко перемагничен полем катушки.
В процессе считывания информации используется тот
же лазерный источник, но уже в другой (несиловой)
моде, которая не вызывает существенного нагрева
пленки. Магнитооптические системы используют в
своей работе полярный эффект Керра. При этом
информация об ориентации намагниченности домена
получается при анализе степени вращения плоскости
поляризации лазерного луча при отражении от пленки
(около 0,3°).
10
Магнитооптические системы памяти
Магнитооптические системы используют в своей
работе полярный эффект Керра. Информацию об
ориентации намагниченности домена дает угол
вращения плоскости поляризации лазерного луча при
отражении от пленки (около 0,3°). Первые такие
системы использовали ферримагнитные аморфные
сплавы редкоземельных и переходных металлов,
обладающие перпендикулярной магнитной
анизотропией. Состав пленок (GdFe, TbCo, TbFe,
TbFeCo, Co/Pt, Со/Рё и др.) подбирается таким образом,
чтобы температура, при которой происходит перемагничивание домена, была близка к точке магнитной
компенсации (точке Кюри), где величина Нс
значительно уменьшается.
11
Зондовые системы памяти компьютеров

Ученые IBM сконструировали ЗУ
способное на площади 2см х 3см
хранить до триллиона бит информации.
ЗУ представляет собой чип с гребенкой
более чем в тысячу шипов, которые,
нагреваясь, могут создавать или
считывать микроскопические отверстия
в полимерной пленке. В результате чип
позволяет записывать данные с
плотностью, в 20 раз превышающий
плотность записи современных жестких
дисков. Это позволит довести емкость
памяти сотового телефона до 10 Гбайт.
12
Зондовые системы памяти компьютеров


В отличие от жестких дисков, где в
поисках данных перемещается
головка, шипы Millipede остаются
неподвижными, зато пленка движется.
"Скорость чтения/записи определяется
количеством параллельных шипов"
Терабайтовая память на основе
углеродных нанотрубок дойдут до
рынка, вероятно, не ранее чем через 15
лет (к этому времени станут подходить
и продукты на основе кремния).
13
Зондовые системы памяти компьютеров

Типичный CD-ROM имеет плотность упаковки
информации около 108 бит на см2. Тонкие пленки
(толщиной в две органические молекулы на
графитовой подложке), использованные имеют
плотность упаковки около 1014 бит на см2 - в
миллион раз больше. Меняя напряжение на
растровом туннельном микроскопе, был
обнаружен переход: при напряжении 3,2 В
электропроводность изменилась в 104 раз.
Переход длился около 80 нс. Для того, чтобы
обратить переход, достаточно подать импульс
напряжения с обратной полярностью: -4,5 В за 50
мкс.
14