Magnetische opslag

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
Jan Genoe: Magnetische Opslag
1997:
1450 Mbit/inch²
2 300 MBytes
1997:
3090 Mbit/inch²
8 100 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.
Jan Genoe: Magnetische Opslag
Giant MagnetoResistance (GMR)
• Nobelprijs Physica 2007
Albert Fert
Jan Genoe: Magnetische Opslag
Peter Grünberg
Detailfoto van een Harde Schijf
Jan Genoe: Magnetische Opslag
Magnetische korrel
10 gigabits/inch2
Jan Genoe: Magnetische Opslag
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.
Jan Genoe: Magnetische Opslag
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.
Jan Genoe: Magnetische Opslag
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
Jan Genoe: Magnetische Opslag
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.
Jan Genoe: Magnetische Opslag
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
Jan Genoe: Magnetische Opslag
Werkingsprincipe (2)
Jan Genoe: Magnetische Opslag
Praktische implementatie GMR leeskop
Jan Genoe: Magnetische Opslag
Scaling leeskop
Downscaling
verloopt
gelijkaardig
als de
halfgeleiderindustrie
Jan Genoe: Magnetische Opslag
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
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
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
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
26
6” FLEXIBLE WAFER
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
JAN GENOE IMEC CONFIDENTIAL
27
150MM WAFER
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
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
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
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
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
30/43
30
TOEPASSINGEN: FLEXIBLE DISPLAY
© IMEC 2011 / CONFIDENTIAL
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