作者MICMIT (马戏团结。墨家兼爱非攻)
看板Physics
标题MO的近场光学技术
时间Sun Mar 2 09:43:10 2008
使用近场光学方法来获取超密度的表面记录,是由美国贝尔实验室的 Eric Betzig
首先於1992年:在 Co/Pt 多层膜表面上,利用光纤探针的奈米(100-20nm)孔穴,在
极近的近场(<10nm)距离下,成功地进行磁光(M0)的读写记录实验,可在稍大於
2μm*2μm的表面上,写下记录密度约是45Gbits/inch2的超高记录密度,其中单一
记录位元点(bit)的大小约是60nm,显示出在近场光学中不受绕射极限的优点。
远场光学中能写最小的光点约是半个波长(λ/2)的大小。
图二是近场光学之SIL与SSIL两种镜头的示意图,通常光源经一普通透镜聚焦於其上,
其中在SIL镜头 ( solid immersion lens ) 示意图中,光经半球透镜聚焦後之光点
直径在半球透镜的表面处,因为SIL半球透镜的光学折射系数为n,光在透镜中的等效
波长是λ/n,放在SIL透镜表面处以及其之近场(或evanescent场)的距离内
(<150-100nm),聚焦的光点约是(λ/n*1/N.A.),与在远场距离下,光速在空气中之
折射系数n=l时的光点直径相较之下小了n倍,面积则是小了n^2倍,故相对地SIL可
提供的表面记录密度增加了n^2倍,若n值是2则近场SIL的镜头可立即提目前同型
远场光碟机的记录密度4倍。至於近场光学SSIL镜头(superhemispherical solid
immersion lens ),则因为特地将SIL半径为r的球型透镜平切在中心超过r/n处,
使聚焦於球心下r/n处,则明显地由图三中可见其之会聚角度增大了,
故N.A.的值nSinθ因Sinθ~1而变成n,加上波长亦与在近场光学的SIL一样变成λ/n,
所以其之聚焦光点的大小约是λ/n^2,当然相对的记录密度比起近场光学的SIL是更加的
提昇了。
随着超高密度近场光碟机的发展,其间仍会有许多的科技问题会逐一产生,例如
奈米尺度下之污染、微尘,及保护膜等之问题,在机械控制上之防震、寻轨、
磨润、及稳定性与可靠度等之间题,在光碟机系统上之存取时间、数据的处理与
传输及介面控制等问题,可谓不胜枚举,是一典型高科技发展的处女地,相信是个
绝佳的机曾,但也是一个绝对需要非常地努力与忖出的工作。
结合磁区扩大技术 ( MAMMOS ) ,当我们使用SIL镜头 ( solid immersion lens ) 技术
存取资料时,可以不再需要担心读取头撞毁的情形,而且大量提昇记录密度。
事实上,Tera-Stor公司也正在期待此项技术。近磁场记录和MAMMOS技术的结合可能
可以使表面的记录密度达到 数百Gbits/in^2。
超顺磁
记录位元的磁化方向取决於材料本身磁异方向,欲提高磁记录密度,则记录位元和晶相
颗粒必须缩小,但是较小晶相颗粒之磁化方向易受自身的热能影响而改变,进而造成
记录资料的遗失,这就是「超顺磁极限」,其记录密度约可达20-40Gbits/in2,
预计在2002年硬碟将会达到超顺磁极限的瓶颈。
光储存记录媒体,虽有其他因素限制其记录密度,但因其记录机制并非磁性记录,
所以并没有超顺磁极限之缺点。磁光媒体记录层之磁化方向垂直於碟片,其优点在
使碟片拥有较高记录密度,又因为 RE-TM 可形成大小约数十奈米之记录位元,
故常作为磁光媒体之记录层,依此推论,记录容量高於硬碟5至10倍的磁光记录媒体
将是未来努力的目标。
热磁超解析法 ( Magneto-optic Super Resolution, MSR ) 可以增加磁记录密度,
一般的热磁超解析法是加磁光读取层於记录层上,当读取层的磁化方向都相同时,
就如同遮罩一般,挡住记录层的记号,而读取头造成读出层达到活化温度之後,
记录层的讯号就可以经由磁的交互作用力复制到读出层。这种方式可以提昇记录密度
达到2至3倍。
磁增幅技术 ( Magnetic Amplifying Magneto-Optic System, MAMMOS )是一种利用
扩张磁域的方法,将 GdFeCo 读出层镀在 TbFeCo 的记录层上,在读取的同时加入
一个脉冲磁场帮助磁域扩张,这麽一来读出讯号就被放大了。这种方式可以提昇
记录密度达到3至5倍。
RE-TM 薄膜最严重的问题就是氧化,所以一般对於 RE-TM 的保护是利用金属
( Al、Cr )或介电层 ( SiN ) 作为氧扩散的障碍。而且,介电层和金属反射层
也可以提昇读出效率。
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