Қатты дискінің магниттік дискісі

Кіріспе

Қатты дискіде магниттік деректер сақталанатын дөңгелек дискі. Қатты дискідегі пластинка немесе қатты дискі – цифрлық деректерді қатты дискіде сақтауға арналған дөңгелек магниттік дискі. Пластинкалардың берік құрылысы оларға осы атты берді (дискеттерді жасау үшін қолданылатын икемді материалдардан өзгеше). Қатты дискілерде әдетте бір біліктің үстіне орнатылған бірнеше пластинка болады. Пластинка екі жағына да ақпаратты сақтай алады, әдетте әр пластинкаға екі жазу басы, әр бетке біреуі қажет.

Дизайн

Әрбір табақтың магниттік беті кішкентай, микрометрден кіші магниттік аймақтарға бөлінеді, олардың әрқайсысы ақпараттың бір екілік бірлігін көрсету үшін пайдаланылады. Қатты диск табағындағы (2006 жылғы дерек бойынша) әдеттегі магниттік аймақтың ені шамамен 200–250 нанометр (табақтың радиалды бағытында) және төменгі трасса бағытында шамамен 25–30 нанометрге созылады (табақтағы шеңберлік бағыт), бұл диск ауданының шаршы дюйміне шамамен 100 миллиард бит (15.5 Гбит/см²) сәйкес келеді. Негізгі магниттік орта қабатының материалы көбінесе кобальт негізіндегі қорытпа болып табылады. Қазіргі заманғы қатты дискілерде осы магниттік аймақтардың әрқайсысы бірнеше жүз магниттік түйіршіктен тұрады, олар магниттелуге жататын негізгі материал болып табылады. Жалпы алғанда, әрбір магниттік аймақтың магниттелуі болады. Ұздіксіз магниттік ортаның орнына магниттік түйіршіктерді пайдаланудың бір себебі – олар магниттік аймаққа қажетті кеңістікті азайтады. Ұздіксіз магниттік материалдарда Нель тікенектері деп аталатын құрылымдар пайда болады. Бұл қарама-қарсы магниттелудің тікенектері, және олар бір-біріне қарама-қарсы бағытта орналасуға бейімделген сырға ұқсас магниттердің қалыптасу себебімен байланысты. Бұл проблема тудырады, себебі тікенектер бір-бірінің магниттік өрісін бейтараптайды, сондықтан аймақ шекараларында бір магниттелуден екіншісіне өту Нель тікенектерінің ұзындығы бойынша жүзеге асады. Бұл ауысу ені деп аталады. Көптеген қатты диск табақтарында, дискіге шашырату немесе химиялық бумен қосылу арқылы жалатылатын, алмаз тәрізді көміртектен жасалған майлаушы қабаты бар, ол жабын деп аталады. Кремний нитриді, PFPE және сутектелген көміртектік материалдар да жабын ретінде қолданылған. PFPE жабынның үстіне майлаушы зат ретінде де қолданылуы мүмкін. Гранулярлы ортаның бағдары магниттік жазудың бойлық немесе тік бағытта қолданылуына байланысты. Реттелген гранулярлы орталар дәстүрлі гранулярлы орталардан жоғары сақтау тығыздығына мүмкіндік береді, ал биттік үлгілі орталар сақтау тығыздығы бойынша реттелген гранулярлы орталарды басып өте алады. Түйіршіктер бұл мәселені шешуге көмектеседі, өйткені әрбір түйіршік теория бойынша бір магниттік домен болып табылады (бірақ практикада әрқашан олай бола бермейді). Бұл магниттік домендер тікенектерді қалыптастыру үшін өсе алмайды немесе кішірейе алмайды дегенді білдіреді, сондықтан ауысу ені түйіршіктердің диаметрімен шамалас болады. Осылайша, қатты дискілерді жетілдірудің көп бөлігі түйіршік өлшемін азайтуға бағытталған.

The magnetic surface of each platter is divided into small sub micrometer sized magnetic regions, each of which is used to represent a single binary unit of information. A typical magnetic region on a hard disk platter (as of 2006) is about 200–250 nanometers wide (in the radial direction of the platter) and extends about 25–30 nanometers in the down track direction (the circumferential direction on the platter), corresponding to about 100 billion bits per square inch of disk area (15.5 Gbit/cm2). The material of the main magnetic medium layer is usually a cobalt based alloy. In today's hard drives each of these magnetic regions is composed of a few hundred magnetic grains, which are the base material that gets magnetized. As a whole, each magnetic region will have a magnetization. One reason magnetic grains are used as opposed to a continuous magnetic medium is that they reduce the space needed for a magnetic region. In continuous magnetic materials, formations called Néel spikes tend to appear. These are spikes of opposite magnetization, and form for the same reason that bar magnets will tend to align themselves in opposite directions. These cause problems because the spikes cancel each other's magnetic field out, so that at region boundaries, the transition from one magnetization to the other will happen over the length of the Néel spikes. This is called the transition width. Many hard drive platters have a layer of lubricant made of amorphous carbon such as diamond like carbon, called an overcoat, which is deposited onto the disk using sputtering, or using chemical vapor deposition. Silicon Nitride, PFPE and hydrogenated carbon have also been used as overcoats. Alternatively PFPE can be used as a lubricant on top of the overcoat. Granular media is oriented based on whether longitudinal or perpendicular magnetic recording is used. Ordered granular media can allow for higher storage densities than conventional granular media, and bit patterned media can succeed ordered granular media in storage density. Grains help solve this problem because each grain is in theory a single magnetic domain (though not always in practice). This means that the magnetic domains cannot grow or shrink to form spikes, and therefore the transition width will be on the order of the diameter of the grains. Thus, much of the development in hard drives has been in reduction of grain size.

Өндiру

Плиталар әдетте алюминий, шыны немесе керамикалық субстраттан жасалады. 2015 жылдан бастап ноутбуктердің қатты дискілері шыныдан жасалады, ал алюминий плиталары үстел компьютерлерінде жиі кездеседі. Дискілерді өндіру кезінде субстраттың екі жағына жұқа қабат жағылады, көбінесе магнитронды шашырату деп аталатын вакуумдық шашырату процесі арқылы. Қаптаманың күрделі қабатты құрылымы бар, ол әртүрлі металл (көбінесе магниттік емес) қорытпалардан тұрады, олар кристаллографиялық бағытты және олардың үстіне орналасқан магниттік медиа қабатының, яғни ақпарат биттерін сақтайтын пленканың түйіршік мөлшерін бақылау үшін оңтайландырылған. Оның үстіне қорғанышқа арналған көміртектік қаптама да осы шашырату процесінде жағылады. Плиталар әдетте бірнеше қабатты материалдардан тұрады, мысалы, тұқымдық қабат, жұмсақ магниттік қабаттар (SUL), олар кобальт пен темірден тұрады, мысалы, никель оксиді, никель манганы немесе темір манганы қорытпасынан жасалған антиферромагниттік (AFM) қабат, рутенийден жасалған аралық қабат. Toshiba 1991 жылдың сәуір айында MK1122FC моделімен осылай істеді; олардың зауыттары Areal-ге қарағанда әлдеқайда көп дисктерді шығара алды, ол көп ұзамай нарықтан жоғалып кетті. 2000 жылға қарай, басқа қатты дискі өндірушілер алюминийден шыны плиталарға көшуді бастады, өйткені шыны плиталар алюминий плиталарына қарағанда бірнеше артықшылықтарға ие. 2005–2006 жылдары қатты дискілер мен магниттік дискілер/медиа технологиясында маңызды өзгерістер болды. Бастапқыда биттерді сақтау үшін жазықтықта магниттелген материалдар қолданылды, бірақ бұл қазір тік магниттеумен алмастырылды. Бұл көшудің себебі – сақтау тығыздықтарын арттыру қажеттілігі, ал тік бағытталған медиа азаятын бит мөлшері үшін тұрақтырақ шешім ұсынады. Магниттеуді дискі бетіне перпендикуляр бағыттау дискінің жабылатын құрылымы мен магниттік материалдарды таңдауға, сондай-ақ қатты дискінің басқа компоненттеріне (мысалы, оқу басы мен электрондық арнаға) үлкен әсер етеді.

Platters are typically made using an aluminium, glass or ceramic substrate. As of 2015, laptop hard drive platters are made from glass while aluminum platters are often found in desktop computers. In disk manufacturing, a thin coating is deposited on both sides of the substrate, mostly by a vacuum deposition process called magnetron sputtering. The coating has a complex layered structure consisting of various metallic (mostly non magnetic) alloys as underlayers, optimized for the control of the crystallographic orientation and the grain size of the actual magnetic media layer on top of them, i. e. the film storing the bits of information. On top of it a protective carbon based overcoat is deposited in the same sputtering process. Platters typically contain several layers of materials such as a seed layer, soft magnetic under layers (SULs) that may contain Cobalt and Iron made of materials such as , an antiferromagnetic (A FM) layer made of Nickel oxide, Nickel Manganese or Iron Manganese alloy, intermediate layer made of Ruthenium Toshiba followed suit with the MK1122FC in April 1991; their factories were able to produce many more drives than Areal, which soon disappeared from the market. Around 2000, other hard drive manufacturers started transitioning from aluminum to glass platters because glass platters have several advantages over aluminum platters. In 2005–06, a major shift in technology of hard disk drives and of magnetic disks/media began. Originally, in plane magnetized materials were used to store the bits, but this has now been replaced by perpendicular recording. The reason for this transition is the need to continue the trend of increasing storage densities, with perpendicularly oriented media offering a more stable solution for a decreasing bit size. Orienting the magnetization perpendicular to the disk surface has major implications for the disk's deposited structure and the choice of magnetic materials, as well as for some of the other components of the hard disk drive (such as the head and the electronic channel).