Magnetische opslag. Jan Genoe

Magnetische opslag Jan Genoe

Historisch perspectief

1973: 1. 7 Mbit/ inch² 140 MBytes

Jan Genoe: Magnetische Opslag

1979: 7. 7 Mbit/inch² 2 300 MBytes

Historisch perspectief

1989: 63 Mbit/inch² 60 000 MBytes




Hard disk densiteit-evolutie sinds 1990

• Voor 1990: verdubbeling densiteit elke 36 maanden. – Prestaties van de processors verdubbelen elke 24 maanden. • Introductie van de Giant MagnetoResistance (GMR) in 1988 • Hard disk densiteit verdubbeling alle 18 maanden – Bij een gelijk blijvende rotatiesnelheid verhoogt ook de data doorvoer.


Giant MagnetoResistance (GMR) • Nobelprijs Physica 2007

Albert Fert


Peter Grünberg

Detailfoto van een Harde Schijf


Magnetische korrel

10 gigabits/inch2


25 gigabit/inch2

Traditionele meetkop • Een spoel wordt gebruikt om het magnetische veld te schrijven en om het magnetisch veld te meten. • Aangezien het magnetisch veld zwakker wordt naarmate de korrels kleiner worden, zal de leeskop steeds dichter tegen de korrels moeten geplaatst worden. • Hetzelfde geldt voor het schrijven. • Deze zeer korte afstand heeft tot gevolg dat trillingen tot belangrijke schade kunnen leiden.


Probleemstelling • Schrijfproces – Zeer kleine spoeltjes kunnen gemakkelijk gemaakt worden met de technieken van de micro elektronica • Leesproces – Hoe kleiner de korrel, hoe zwakker het magnetisch veld. – Hoe zwakker het magnetisch veld, hoe moeilijker een verandering te meten – Hoe gevoeliger de leeskop, hoe kleiner de magnetische korrels mogen zijn.


Giant Magneto-resistance (GMR) • In aanwezigheid van een magnetisch veld zal een elektron zijn spin richten volgens dit magnetisch veld. • Bij doorgang van een laag waar het magnetisch veld anders gericht is, is interactie nodig


Structuur GMR leeskop • Dunne magnetische lagen, bijvoorbeeld Cobalt/ijzer legeringen worden afgewisseld met niet magnetische geleiders, bijvoorbeeld koper in een sandwich structuur • Stroom loopt verticaal doorheen de structuur • De spanning wordt gemeten.


Werkingsprincipe (1) • Met een sterk magnetisch veld in één richting gaan alle magnetische lagen in diezelfde richting gemagnetiseerd zijn. • Een sterk magnetisch veld in de andere richting levert natuurlijk het omgekeerde op • Een klein magnetisch veld zal echter een afwisselend magnetisch veld opleveren


Werkingsprincipe (2)


Praktische implementatie GMR leeskop


Scaling leeskop Downscaling verloopt gelijkaardig als de halfgeleiderindustrie


LCD displays

Historisch perspectief • Klassieke TV: CRT-tube – als hij groter werd, moest hij ook dikker zijn

Jan Genoe: LCD displays

LCD displays • Nobelprijs Physica 1991

Pierre-Gilles de Gennes

Jan Genoe: LCD displays

Voorstelling Onderzoeksgroepen imec

IMEC FULL ECO SYSTEM Universities

Europe

imec

Industry

Government

Silicon 200mm solar cell pilot line line

Nano biolabs

Organic solar cell line

NERF lab

300mm pilot line

450mm ready

STATE-OF-THE-ART RESEARCH FACILITIES

300mm PILOT LINE

… preparing for 450mm

© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL

22

0

Albanie Algerije Armenië Bangladesh Bosnië Brazilian Bulgarije Canada Chili China Colombia Dominikaans… Duitsland Egypte Filipijnen Finland Frankrijk Georgië Griekenland Groot-… Guatemala Hongarije Hongkong Ierland Indië Indonesië Irak Iran Israël Italië Ivoor Kust Japan Kazachstan Korea Kroatië Letland Libanon Lithouwen Maleisië Marokko Mexico Moldavië Nederland Nepal Nicaragua Oeganda Oekraïne Oezbekistan Oostenrijk Pakistan Polen Portugal Roemenië Rusland Servië Singapore Slovakije Soedan Spanje Taiwan Tsjechië Tunesië Turkije V.S.A. Venezuela

TALENT MAGNET 66 NATIONALITIES

120

102

100

80

60 47

40 38

20

1 1 2 1 1 7 6 9

2 1

1 1 3 2 1 1 1 2 1 10

1 1 5

1

1 1 2 1 1 2 7

1 1

1033 Belgians

76

58 51

44 29 34 30

15 18 17

13

2 1 1 3 1 1 3 8 8

3 8 7

1 8

1 3 1 1

SPIN-OFFS

Joint R&D

Services

Transfer & licenses

Training

Spin-offs


24

RESEARCH PROGRAMS FOR FULL ECO SYSTEM

Green Radio

Human++

NVision

Energy

Low power wireless communication

BAN Life sciences

Imaging 3D visualization

Photovoltaics Power devices

Core CMOS Lithography

Devices

CMORE Interconnects

MEMS, Sensors Photonics

Organic

electronics

SYSTEM ON FOIL


26

6” FLEXIBLE WAFER


JAN GENOE IMEC CONFIDENTIAL

27

150MM WAFER


28/43

28

28

PARAMETERS OF BOTH FOILS

ALU-foil

Instruction foil

Transistor-count

3381

612

Area [cm2]

1.96 x 1.72

0.72 x 0.64

Pin-count

30

14

Power consumption

92µW at 10V VDD


29

A NEW ERA: 1971  2011 Intel 4004

Organic microprocessor

Transistor-count

2300

3993

Area

3 x 4 mm2

1.96 x 1.72 cm2

Pin-count

16

30

Power consumption

1 W @ VDD=15V Instr/sec= 92 kHz

92 µW @ VDD=10V Instr/sec= 6 Hz

Semiconductor

Silicon

Pentacene

P-type mobility

~450 cm2/Vs

~0.15 cm2/Vs

Logic family

P-type

P-type

Operation

inversion

accumulation

Technology

10 µm

5 µm

Bus width

4 bit

8 bit

Wafer

2” rigid

6” flexible


30/43

30

TOEPASSINGEN: FLEXIBLE DISPLAY


31

1965-1975

1975-1985

1985-1995

1995-2005

2005-2015

2015-X

? after mainframe

Mini computer

PC

Notebooks

Mobile internet

Next

# sold

1M

10M

100M

1B

10B

100B

Volume [m3]

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

Total [Mm3]

10

10

10

10

10

10

Toekomstige toestellen na de tablets: • 10 keer compacter • 10 keer lichter • Display size gelijk of groter de hedendaagse displays Folie gebaseerde toekomstige displays © 2014 IEEE International Solid-State Circuits Conference

30.2: Digital PWM-Driven AMOLED Display on Flex Reducing Static Power Consumption

32 of 34

Vereisten voor future displays • • • • • • •

Ultra dun Ultra licht onbreekbaar Flexibel, plooibaar en rolbaar Low-power Hoge resolutie (> 500 dpi) Hoge kleur kwaliteit

© 2014 IEEE International Solid-State Circuits Conference

30.2: Digital PWM-Driven AMOLED Display on Flex Reducing Static Power Consumption

33 of 34

Magnetische opslag. Jan Genoe

Recommend Documents