Разработка принципиально новых фундаментальных принципов и технологических решений устройств обработки и накопления информации

К числу перспективных технологий, находящихся в стадии проведения фундаментальных исследований, относятся методы ближнего зондирования с помощью зондовых микроскопов AFM (атомно-силовой микроскоп) и STM (сканирующий туннельный микроскоп). Технология AFM предполагает наведение с помощью микроскопа разогретого острия и прожиг им углублений в материале носителя. Размеры кончика острия и, следовательно, размеры углублений не превышают нескольких нанометров (10^-9 м).

В 2002 г. сотрудники расположенного в Цюрихе (Швейцария) исследовательского центра IBM под руководством Нобелевского лауреата Г. Биннига продемонстрировали работоспособный прототип устройства, использующие данную технологию. Новое устройство, названное Millepede (в вольном переводе – многоножка), похоже по своему принципу на перфокарту и использует принцип механической записи: микроскопической иглой продавливают углубление на поверхности тонкой пластиковой пленки. Каждое из этих углублений соответствует одному биту записываемой информации. В отличии от перфокарт, новое устройство предусматривает возможность многократной перезаписи и значительно большей удельной плотностью записи - около 1 Тбайт на кв. дюйм.

Ядром Millepede является двухмерный массив микроприводов, представляющих собой V-образные упругие силиконовые балки-кантилеверы длиной 70 мкм и толщиной всего 0,5 мкм (рис. 7). На конце подвеса каждого кантилевера имеется обращенная вниз игла длиной чуть менее 2 мкм с радиусом острия меньше 10 нм.

(а) (б)

Рис. 7. Схема экспериментального устройства Millepede (а) и конструкция кантилеверов для записи информации(б): 1 – матрица с зондами, 2 – подложка, 3 – нанопозиционер.

Специально разработанная конструкция подвеса игл выполняет две основные функции: обеспечивает точность позиционирования массива и предохраняет носитель информации от повреждений, компенсируя внешние физические воздействия (удары и вибрации). Управляющая электронная схема, позволяет одновременно посылать индивидуальные команды каждому из микроприводов, обеспечивая их согласованную совместную работу. Каждая игла обслуживает область размером 100100 мкм; точное позиционирование носителя информации в двух направлениях осуществляет прецизионный электромагнитный привод.

Все необходимые операции - чтение, запись, стирание и перезапись - осуществляются при соприкосновении игл с тонкой полимерной пленкой, покрытой слоем силиконовой материала толщиной всего несколько нанометров. Нанесение углубление, соответствующего биту, производится путем нагревания до 400°С встроенного в микропривод резистора. Нагретая до этой температуры игла размягчает полимер и на короткое время погружается в него, формируя углубление. При чтении нагрев производится до меньшей температуры (300° С), которая недостаточна для размягчения используемого полимерного материала. Благодаря высокой теплопроводности полимера игла при погружении в имеющееся углубление остывает, в результате чего изменяется сопротивление резистора, которое также отслеживается управляющей схемой. Для перезаписи данных игла совершает несколько движений с небольшим смешением относительно центра ранее сделанного углубления - как бы разравнивая поверхность полимерного материала. Уже изготовленная по этой технологии экспериментальная установка позволяет сохранить до 0,5 Гб на носителе размером 33 мм.