成果報告書詳細
管理番号20130000000721
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 超高密度ナノビット磁気記録技術の開発(グリーンITプロジェクト)
公開日2013/10/19
報告書年度2008 - 2012
委託先名株式会社日立製作所 株式会社東芝
プロジェクト番号P08010
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成20年度-平成24年度成果報告書 「超高密度ナノビット磁気記録技術の開発(グリーンITプロジェクト)」

研究開発項目1「超高密度ナノビット磁気媒体技術の研究開発」において、項目(1)-(3)で下記を確認した。「(1)ナノビット微細加工技術の研究開発」では、ナノビット微細加工技術を駆使して2.5”径、2.5TB/IN2ナノビット媒体を試作し、媒体面内における少なくとも30トラックで、ナノビット(面積200NM2程度)の位置決め精度が3Σで6.7NM以内であることを確認した。「(2)単一ナノビット記録性の検証」では、5TB/IN2級ナノビット媒体の単一磁化反転が可能であることを確認した。「(3)ナノビット媒体界面技術の研究開発」では、5TB/IN2級ナノビット媒体に対し、保護膜の平坦化により2.5”径媒体における表面凹凸≦±5NMを確認し、さらにFCAC保護膜、STARFISH型潤滑膜の組合せで、5TB/IN2熱アシスト記録に必要な保護・潤滑膜厚≦1.6NMでの信頼性を確保した。研究開発項目2「超高性能磁気ヘッド技術の研究開発」における「(1)強磁場発生記録ヘッドの研究開発」では、マイクロ波アシスト機構併用強磁場発生記録ヘッドにより、5TB/IN2ナノビット媒体に記録可能な磁場強度を発生できることを確認した。「(2)エネルギーアシスト機構の研究開発」では、アシストエネルギーで5TB/IN2に対応する単一ナノビット磁化反転が可能で、かつ各々の照射に際して周辺ナノビットにおける磁気情報に影響がないことをシミュレーションで確認し、さらに近接場素子搭載熱アシスト集積ヘッドを試作した。また15NM級スピントルク発振素子による6TB/IN2マイクロ波アシスト記録の実現可能性も確認した。「(3)高感度・高分解能再生ヘッドの研究開発」では、新規ナノコンタクトMRセンサーを試作し、抵抗変化率35%、面抵抗0.15ΩΜM2から5TB/IN2が可能であることをシミュレーションで検証した。また極薄3層構成ヘッドを試作し、5TB/IN2の再生分解能を確認した。「(4)ヘッド動作の検証」では、熱アシスト集積ヘッドが5-20M/Sにおいて5NM以下で安定浮上し、5TB/IN2対応媒体へ熱アシスト記録できることを確認し、またマイクロ波アシスト機構付き記録ヘッドでもその記録動作を確認した。さらにナノコンタクトMR型極薄3層再生ヘッドを試作し、5NM以下の安定浮上性と5TB/IN2の再生分解能を確認した。研究開発項目3「超高精度ナノアドレッシング技術の研究開発」の「(1)超精密位置決め技術の確立」では、ナノビット媒体において上記ヘッドが7NM以下で安定浮上することを確認するとともに、世界で初めてナノビット媒体実装プロトHDDでトラックフォローイングを行い、位置決め精度4.4NM以下を確認した。「(2)ナノアドレッシング技術のシミュレーション開発」では、5TB/IN2媒体アドレッシング技術開発に向け、流体起因振動シミュレーションを開発した。研究開発項目4「ハードディスクドライブシステム化技術の研究開発」では、上記の個別要素技術仕様に基づき、2.5,5TB/IN2HDDシステムの概略仕様をシミュレーションにより策定・検証し、ナノビット媒体へのエネルギーアシスト記録による6-8TB/IN2級HDDの実現可能性を確認した。さらにナノビット媒体搭載HDDプロトドライブを試作し原理動作を検証した。これらにより、5TB/IN2(2.5”ディスク一枚で3TB以上)、かつアクティブアイドル時の消費電力0.3W/TB以下を実現できることを検証した。


英文要約Title: Development of Nanobit Technology for Ultra-high Density Magnetic Recording (Green IT Project) (FY2008-FY2012) Final Report

This project aims to establish ultra-high density magnetic recording technology, which leads to lower power consumption of IT system by reducing the number of HDDs installed in a data center. The project covers all the key technologies for ultra high-density HDD, such as media, head and addressing technologies. The developed elemental technologies will be integrated and the feasibility of the system will be demonstrated by the end of the project. (1) Ultra-high density nano-bit media: 2.5 Tb/in2 nano-bit medium (~200 nm2) was fabricated. Alignment error in 30 tracks of nano-bits was confirmed to be 6.7 nm (3-sigma). Well controlled magnetization reversal of 5 Tb/in2 nano-bit medium was confirmed. Simulation results showed that the magnetization reversal of single nano-bit caused no affect on the magnetic states of surrounding nano-bits. Planarization process with C overcoat was studied. Surface roughness less than 10 nm (± 5nm) was confirmed for 2.5 Tb/in2 nano-bit medium. Excellent durability of an overcat with lubricant (< 1.6 nm in total thickness) was confirmed for 5 Tb/in2 heat assisted magnetic recording. (2) High performance magnetic head: Microwave assisted recording head was fabricated and showed sufficient magnetic recording field for 5 Tb/in2. Simulation results showed that the energy assisted magnetization reversal of single nano-bit caused no affect on the magnetic states of surrounding nano-bits for 5 Tb/in2 nano-bit medium. Near field transducer for heat assisted recording was integrated to the recording head. Possibility of 6 Tb/in2 with microwave assisted recording was confirmed for spin-torque oscillator with 15 nm feature size. Magneto-resistance ratio of 35 % at 0.15 ohm/μm2 areal resistance was achieved for a fabricated nano-contact type read head. Detailed simulation revealed that these properties had a potential for 5 Tb/in2. Readout resolution for 5 Tb/in2 was confirmed for fabricated tri-layer type read head (flying height < 5 nm). Heat assisted recording of 5 Tb/in2 (flying height < 5 nm, linear velocity: 5-20 m/s) was confirmed for integrated recording head. Microwave assisted recording operation was also confirmed. (3) High accuracy nano-addressing: Stable read and write head operation with flying height less than 7 nm was confirmed for nano-bit medium. Track following operation on a fabricated nano-bit medium in a prototype drive was confirmed for the first time with tracking error of 4.4 nm. A simulator for flow-induced vibration for 5 Tb/in2 addressing technologies was developed. (4) HDD system: Specifications for 2.5 and 5 Tb/in2 were designed and confirmed by a simulation. Energy assisted recording for 6 to 8 Tb/in2 density was confirmed. Prototype drive with 2.5 Tb/in2 nano-bit medium was fabricated and its basic operation was confirmed. From these achievements, recording density of 5 Tb/in2 (more than 3 TB of capacity for 2.5" disk medium) and low power consumption less than 0.3 W/TB were confirmed.
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