พื้นที่การเก็บข้อมูลที่เติบโตขึ้น
เราได้เห็นการก้าวกระโดดของความหนาแน่นของการเก็บข้อมูลในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา จากการที่มีพื้นที่ความจุ 1 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว ในปี 1994 มาเป็น 100 กิกะบิตต่อตารางนิ้วในปัจจุบัน และล่าสุดสำหรับ 12 ผลิตภัณฑ์ใหม่ล่าสุด ที่เพิ่งเปิดตัวไปในเดือนมิถุนายนของปีนี้ ซีเกทได้แสดงให้เห็นถึงฮาร์ดดิสก์ขนาด 2.5 นิ้วใหม่ล่าสุด ในตะกูล Momentus 5400.2 ซึ่งได้เพิ่มความหนาแน่ของพื้นที่ให้สามารถเป็นข้อมูลได้มากถึง 94 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว สำหรับ Barracuda 7200.8 สามารถผลักดันความหนาแน่นที่มีจำกัด สู่สถิติใหม่ที่ 108 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว
สำหรับเทคโนโลยีการอ่านข้อมูลแบบ Giant Magneto-resistive Spin-Value (GMR-V) ที่มีอยู่สามารถขยายการเก็บข้อมูลออกได้ถึง 100-150 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว เราสามารถเพิ่มพื้นที่ในการเก็บข้อมูลให้สูงมากขึ้นได้อย่างไร และมีเทคโนโลยีสำหรับหัวอ่านแบบอื่น ที่ทำให้สามารถเก็บข้อมูลในพื้นที่ได้มากถึงเทราบิตต่อตารางนิ้วจริงหรือไม่? การลงทุนของซีเกทใน Tunneling GMR (TGMR) เป็นกุญแจหลักสำคัญที่ทำให้พื้นที่การเก็บข้อมูลนั้นเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง
ความต้องการพื้นฐานของหัวอ่าน
การทำให้สามารถเก็บข้อมูลได้มากขึ้น นั่นอาจจะหมายถึงการทำให้พื้นที่ในการจัดเก็บข้อมูลนั้นมีขนาดที่เล็กลง ซึ่งก็ต้องการระดับการตอบสนองของหัวอ่านเพิ่มขึ้น โดยที่ความไวของหัวอ่านสามารถวัดได้จากการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานที่เปลี่ยนไป ซึ่งอาจจะแสดงให้เห็นได้โดยอัตราส่วนระหว่าง ?R/R.
การทำงานขั้นพื้นฐานของ GMR
ในภาพที่เห็นเป็นส่วนหนึ่งของชั้นการทำงานที่มีอยู่ใน GMR ซึ่งถูกจัดวางซ้อนกันอยู่ โดยชั้นบนสุดและล่างสุด เป็นชั้นของสนามแม่เหล็กที่ถูกเรียกว่า pinned layer และเป็นชั้นที่มีสนามแม่เหล็กถาวร fixed magnetization (หรือ M Pinned) ส่วนชั้นตรงกลางนั้น จะเป็นชั้นที่ปราศจากสนามแม่เหล็ก ซึ่งอาจจะเรียกว่าเป็น Middle Layer โดยจะเป็นชั้นที่สนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงได้ (หรือเรียกว่า M Free) ซึ่งจะสามารถเป็นองศาของสนามแม่เหล็กได้ตามภาพแวดล้อมของภายนอก
เมื่อ M Free มีทิศทางองศาตั้งฉากกับชั้น M Pinned จะทำให้เกิดความต้านทานสูงมาก ขึ้นในชั้นที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ทำให้ทิศทางของอิเล็กตรอนนั้นกระจัดกระจายไม่เป็นระเบียบ เมื่อชั้น M Free มีทิศทางขนานกันชั้น M Pinned ค่าความต้านทานภายในชั้นปลอดสนามแม่เหล็กนั้นต่ำลง จะทำให้อิเล็กตรอนสามารถวิ่งผ่านชั้นปลอดสนามแม่เหล็กนี้ได้ ทำให้อิเล็กตรอนสามารถวิ่งจากชั้น pinned ผ่านทาง M Free ชั้นกลางนี้ได้ ซึ่งสภาพการนี้เรียกได้ว่า CIP หรือว่า Current in plane สำหรับการเกิดทิศทางขนานของชั้น GMR เกิดขึ้น
สู่ความจุระดับ 100 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว
GMR ได้เป็นกุญแจหลักที่สำคัญอันหนึ่ง ในการทำให้สามารถเพิ่มพื้นที่การเก็บข้อมูลได้มากขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ซีเกทสามารถนำเสนอความจุในระดับ 100 กิกะบิตต่อตารางนิ้วได้ ซึ่งในปัจจุบัน GMR ก็กำลังเริ่มต้นเข้าสู่ข้อจำกัดทางด้านการตอบสนองต่อความไวในการอ่านข้อมูล ซึ่งกำลังจำกัดมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับ ทิศทางที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน
TGMR คืออนาคตสำหรับการเพิ่มความหนาแน่นให้กับพื้นที่การเก็บข้อมูลที่ดีกว่า โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบความไวของหัวอ่านกับ GMR ซึ่งจากข้อมูลการทดลองจะแสดงให้เห็นว่า GMR นั้นมีความไวอยู่ที่ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ แต่ขณะที่ TGMR นั้น จะอยู่ที่ 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์
พื้นฐานการทำงานของ TGMR
โครงสร้างใหม่ของช่องทางผ่านสำหรับอิเล็กตรอนในระบบการทำงานขั้นพื้นฐาน โดยจุดเชื่อมต่อของ TGMR จะอยู่ในรูปของการนำชั้นของฉนวนมาวางกองเป็นซ้อนๆ กัน คั่นกลางระหว่างขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งสองข้าง ซึ่งแตกต่างไปจาก GMR โดยช่องทางของอิเล็กตรอนจะทำให้การวิ่งของอิเล็กตรอนนั้นขึ้นอยู่กับการเดินทาง ซึ่งผลลัพธ์ก็คือไม่ทำให้อิเล็กตอนนั้นวิ่งแบบไม่มีทิศทาง โดยการจะทำให้อิเล็กตรอนสามารถที่จะวิ่งไปถึงปลายทางได้อย่างมากขึ้น โดยสัญญาณนั้นจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงขององศาแม่เหล็กไฟฟ้านั่นเอง
สำหรับทิศทางของกระแสในปัจจุบันจะเป็นการตั้งฉากกับแนวแพลน หรือที่เรียกว่า CPP (Current is Perpendicular to Plane) ส่วนใน GMRทิศทางของการวิ่งจะเป็นแนวขนานกับชั้น หรือที่เรียกว่า CIP (โปรดดูดังภาพที่ 3: โครงสร้างของหัวอ่านใน TGMR.)
เมื่อเปรียบเทียบกับ CIP ทั่วๆ ไปแล้ว ระบบที่ใช้ช่องสำหรับสัญญาณโดยเฉพาะ (TGMR) จะให้แอมปลิจูดที่สูงกว่า ให้รายละเอียดที่ดีกว่า และสามารถอ่านพื้นที่ข้างๆ ได้ดีขึ้น และมีสัญญาณรบกวนที่ต่ำกว่า
การบันทึกข้อมูลแบบตั้งฉากให้ข้อดีที่มากกว่า
CPP ช่วยให้ TGMR มีความเหมาะสมมากกว่าสำหรับการบันทึกข้อมูลแบบแนวตั้ง เมื่อเปรียบเทียบการบันทึกข้อมูลแบบแนวนอนในปัจจุบัน ซึ่งการบันทึกข้อมูลแบบแนวตั้งนี้ จะปรับปรุงประสิทธิภาพในการเขียนข้อมูล ให้ดีขึ้น รวมทั้งยังทำให้การจัดเรียงข้อมูล และทำให้ระดับความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นสเถียรมากขึ้น
ซึ่งเราเชื่อว่าด้วยเทคนิคการทำงานของ TGMR นี้จะทำให้โซลูชั่นทางด้านการเก็บข้อมูล สามารถไปสู่การเก็บข้อมูลจำนวนมากขึ้นกับพื้นที่ของการเก็บข้อมูลที่หนาแน่นมากขึ้นได้
