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Verdoppelung der Datendichte mit günstigen Nanoverfahren HGST erzielt Durchbruch bei Bit-Patterned-Media-Festplatten

| Redakteur: Nico Litzel

Western-Digital-Tochter HGST (vormals Hitachi Global Storage Technologies) hat ein kostengünstiges Verfahren auf Basis der Nanolithografie entwickelt, mit dem sich die Datendichte heutiger Festplatten verdoppeln lässt

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Unter dem Elektronenmikroskop werden die magnetischen Inseln sichtbar, die HGST mithilfe von Nanolithografie erzeugt hat. Die Strukturen sind zehn Nanometer fein und damit nur halb so groß wie bei derzeit aktuellen Festplatten.
Unter dem Elektronenmikroskop werden die magnetischen Inseln sichtbar, die HGST mithilfe von Nanolithografie erzeugt hat. Die Strukturen sind zehn Nanometer fein und damit nur halb so groß wie bei derzeit aktuellen Festplatten.
(Bild: HGST)

Der HGST-Forschungsabteilung ist es eigenen Angaben zufolge gelungen, die Grenzen der derzeit aktuellen Fotolithografie zu überwinden. Die Fotolithografie ist seit Langem die bevorzugte Technik in der Halbleiterbranche, um immer kleinere Strukturen mithilfe von immer kürzeren Wellenlängen des Lichts, einer verbesserten Optik und noch fotosensitiveren Materialien zu erzielen. Da jedoch Ultraviolett-Lichtquellen zu komplex und teuer wurden, kam es zu in der Vergangenheit zu einer Verlangsamung der Fortschritte auf diesem Gebiet.

In den HGST-Laboren haben die Forscher nun in Zusammenarbeit mit dem texanischen Unternehmen Molecular Imprints magnetische Inseln erzeugt, die gerade einmal ein zehn milliardstel Millimeter (zehn Nanometer) breit sind. Die Strukturen sind damit nur halb so groß wie bei derzeit aktuellen Festplatten und etwa 100.000-mal dünner als ein menschliches Haar.

Nano- statt Fotolithografie

Diese feinen Strukturen, die lediglich 50 Atome in der Breite messen, konnten die Forscher erzeugen, indem sie zwei Nanotechniken miteinander kombiniert haben: selbstausrichtende Moleküle und Nanoprägung.

Selbstausrichtende Moleküle verwenden sogenannte Hybridpolymere, die als Blockpolymere bezeichnet werden und aus Segmenten bestehen, die sich gegenseitig abstoßen. Wenn diese Segmente auf eine entsprechend vorbehandelte Oberfläche aufgebracht werden, erklärt HGST, so richten sich diese in perfekten Reihen aus. Dabei bestimme die Größe der Polymersegmente den Abstand der Reihen zueinander.

Nach diesem Schritt folgt ein weiter, der „Line Doubling“ genannt wird und noch feinere Strukturen erzeugt. Bei diesem Verfahren, das aus der Halbleiterfertigung stammt, werden zwei separate Linien erzeugt, wo zuvor nur eine war. Die Muster werden anschließend in „Stempel“ für die Nanoprägung konvertiert.

Laut HGST handele es hierbei um einen Präzisionsprägeprozess, bei dem das Muster im Nanometerbereich auf einen Chip oder Festplattenträger übertragen wird. Bei der Entwicklung des Verfahrens sei eine entscheidende Herausforderung die entsprechende Vorbereitung der Originaloberfläche gewesen, sodass die Blockpolymere ihre Muster in den für rotierende Festplattenspeicher nötigen radialen und kreisförmigen Bahnen bildeten. Hier sei es HGST erstmals gelungen, selbstausrichtende Moleküle, Line Doubling und Nanoprägung zur Erzeugung rechteckiger Muster mit einer Größe von zehn Nanometern in einer kreisförmigen Anordnung zu kombinieren.

Nicht nur für Festplatten geeignet

Labortests hätten ergeben, dass die mit dem neuen Verfahren erzeugten Strukturen hervorragende Schreib-Lese-Eigenschaften aufwiesen. Daneben sei das Nanoverfahren nicht nur für Patterned-Media-Festplatten geeignet: Da selbstausrichtende Moleküle sich wiederholende Muster erzeugen, gehen die Forscher davon aus, dass sie am besten zur Herstellung magnetischer Bit-Patterned Media für Festplattenlaufwerke, aber auch für gleichmäßig verteilte Bereiche von Computerspeichern, verschiedene Verdrahtungskontakte und andere periodischer Muster von Halbleiterchips geeignet sein werden.

„Wir haben unsere extrem feinen Muster ohne jeglichen Einsatz konventioneller Fotolithografie hergestellt“, fasst HGST-Fellow Tom Albrecht zusammen. „Wir sind der Meinung, dass sich diese Arbeit mit der richtigen Chemie und Oberflächenvorbereitung sogar auf noch kleinere Dimensionen ausdehnen lässt.“

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