Innenansicht: CD und Festplatte



    Vorwort


    Mein vorheriger Artikel war dem internen Gerät des Chips von Nvidia und vielleicht dem internen Gerät eines modernen Prozessors gewidmet. In diesem Artikel befassen wir uns mit der Speicherung von Informationen, und ich erkläre Ihnen, welche CDs und Festplatten sich auf Mikroebene befinden.


    CD


    Beginnen wir mit der CD. Unser Testobjekt ist eine einfache Verbatim-CD-R. Eine normale Disc mit aufgezeichneten (oder vielmehr gedruckten) Informationen besteht aus 3 Hauptschichten. Schicht A ist eine Polycarbonatscheibe, die gleichzeitig für mehrere Funktionen zuständig ist. Die erste ist die Basis des Laufwerks, die der enormen Drehzahl im Laufwerk standhält.


    Allgemein kann man sich also die Struktur einer CD vorstellen. [1] Eine

    Polycarbonat-Disc ist, wie sich herausstellte, zusätzlich mit einem speziellen Lack überzogen, der die äußere Oberfläche der Disc vor leichten mechanischen Beschädigungen schützt.


    Die Lackschicht wird rot hervorgehoben, darunter beginnt Polycarbonat, unter


    dem Elektronenmikroskopstrahl fühlt sich die Schutzlackschicht nicht sehr gut an.

    Die zweite - es ist auf Polycarbonat im wahrsten Sinne des Wortes, dass Informationen aus der Matrix gedruckt werden - sei es ein Film, Musik oder Programme. Laut Vicki hat die Polycarbonatbasis eine Dicke von 1,2 mm und wiegt nur 15-20 Gramm [1].

    Natürlich sind Polycarbonat und Lack für Laserstrahlung transparent, daher müssen die "gedruckten" Informationen für den Laser "sichtbar" gemacht werden, für die die Oberfläche mit einer dünnen Aluminiumschicht bedeckt ist (Schicht B). Es ist anzumerken, dass CD-ROM mit "gedruckten" Informationen, CD-R und CD-RW geringfügige Unterschiede aufweisen. In den letzten beiden Fällen wird eine Zwischenschicht zwischen Polycarbonat und Aluminium aufgebracht, die unter dem Einfluss von Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge ihre Eigenschaften verändern kann, und leere Spuren werden auf Polycarbonat gedruckt. Es kann sich entweder um Farbstoffe bei CD-R (ähnlich wie bei Fotolack) oder um Metalllegierungen bei CD-RW handeln. Aus diesem Grund sollten wiederbeschreibbare Discs nicht direktem Sonnenlicht und Überhitzung ausgesetzt werden, was auch zu einer Änderung der optischen Eigenschaften führen kann.

    Vergleichen wir die Scheibe und die abgerissene Aluminiumschicht. Es ist zu erkennen, dass auf dem Polycarbonat „Rillen“ (Grübchen) und auf der Aluminiumschicht Erhebungen vorhanden sind, die den Rillen vollständig entsprechen:


    Gewohnheitsmäßige Vertiefungen auf der Oberfläche des Polycarbonats (AFM-Bild)


    Auf der schützenden Aluminiumschicht sind Grübchen „umgekehrt“ zu sehen: keine Rillen Vorsprünge (AFM-Bild)

    Als nächstes wird der resultierende "Kuchen" mit einer speziellen Schutzschicht C bedeckt, deren Hauptaufgabe es ist, die "empfindliche" reflektierende Aluminiumschicht zu schützen. Außerdem können Sie etwas auf diese Ebene kleben, mit einem Marker schreiben, spezielle zusätzliche Ebenen zum Drucken anwenden usw. usw.

    Dieses Video zeigt alle technologischen Phasen der Produktion von CDs:


    Das Aufzeichnen auf eine CD ähnelt dem Aufzeichnen auf eine Vinyl-Platte, d.h. Der Track mit Informationen verläuft spiralförmig. Sie beginnt in der Mitte der Platte und endet am äußeren Rand. Und genau in der Mitte der Festplatte befinden sich "leere" Abschnitte und Tracks mit aufgezeichneten Informationen. "Verbinden":



    Es gab einen Datensatz, der jedoch nicht vorhanden ist. Vergleich von leeren Titeln und Titeln mit aufgezeichneten Informationen (REM-Aufnahmen) Auf

    Mikroebene gibt es keine grundlegenden Unterschiede zwischen CDs und DVDs und wahrscheinlich Blu-Ray. Es sei denn, die Gruben werden kleiner. In unserem Fall betragen die Abmessungen einer minimalen Vertiefung 330 nm Breite und 680 nm Länge, während der Abstand zwischen den Spuren ~ 930 nm beträgt.

    NBWenn Sie eine zerkratzte CD haben, die in keinem Laufwerk gelesen werden kann, versuchen Sie, sie zu polieren. Fast jede transparente Politur ist dafür geeignet. Es füllt die Aussparungen aus, die das Lesen von Informationen beeinträchtigen, und Sie können die Informationen zumindest von der Festplatte kopieren.

    Wie sich schließlich manchmal eine Aluminiumschicht merkwürdig biegt (fast ein Kunstwerk - schwarz und weiß):


    Schwarz-Weiß-Streifen unseres Lebens. CD (REM-Aufnahme)

    Zum Schluss noch ein paar Bilder von CD, die mit einem optischen Mikroskop aufgenommen wurden:


    Optische Mikroskopie: Links befindet sich eine reflektierende Aluminiumschicht, rechts eine Al-Schicht (hellerer Bereich) auf einer Polycarbonatscheibe (dunklerer Bereich).

    HDD


    Kommen wir zur Festplatte. Von der Zeit der Disketten und der VHS an war es für mich immer ein Rätsel, wie das magnetische Gedächtnis dennoch aufgebaut ist. Bevor ich den Artikel schrieb, versuchte ich, zumindest einige Video- und Medienmaterialien zu finden, die wie im vorherigen Video die Hauptphasen der Festplattenproduktion veranschaulichen, und war von Wiki unangenehm angetan: „Beide Ebenen der Platten sind wie ein Band mit dem feinsten Staub eines Ferromagneten bedeckt - Oxide von Eisen, Mangan und anderen Metallen. Die genaue Zusammensetzung und Anwendungstechnologie bilden ein Geschäftsgeheimnis “[2]. Ich musste es in Kauf nehmen und nicht nach der Wahrheit der Festplattenhersteller Ausschau halten (außer, dass Seagate seine Geheimnisse ein wenig preisgab), zumal sich der Wettbewerb auf dem Markt mit dem Aufkommen der SSD-Ära noch verschärfte.

    Die Platten selbst bestehen aus nichtmagnetischen Metalllegierungen. Basis dieser Legierungen sind Aluminium und Magnesium als leichteste Strukturwerkstoffe. Dann wird eine dünne, laut Wiki ebenfalls 10-20 nm dünne Magnetschicht darauf aufgebracht - hier ist vielleicht das Wort nanokristallin angebracht - ein Material, das dann zum Schutz mit einer kleinen Kohlenstoffschicht überzogen wird. Da die Platte NoName ist und nach der alten Technologie der parallelen Informationsaufzeichnung hergestellt wird, erlaube ich mir, hier die Zusammensetzung des Materials nach EDX ( Röntgenmikroanalyse) anzugeben): Co - 1,1 Atom%, Y - 1,53 at. %, Cr - 2,38 at. %, Ni - 45,81 at. % Der Kohlenstoffgehalt beträgt 36,54%. Si und P, deren Gehalt bei 0,46 liegt. % und 12,25 at. %. Der Ursprung des Siliziums - anscheinend in Spuren auf der Oberfläche, nachdem das Mikrotom gearbeitet und meine Politur und Phosphor - es verschmierte einfach die Probe.
    Ehrlich gesagt habe ich versucht, eine Schicht aus magnetischem Material mit einer Dicke von "10-20 nm" zu finden, aber ohne Erfolg. Basierend auf dem, was ich gesehen habe, hat die Oberflächenschicht eine Dicke von ungefähr 12 Mikrometern:


    Diese sehr „dünne“ Schicht, die Informationen auf unseren Festplatten speichert.

    Natürlich können Sie mich in den Kommentaren korrigieren, aber:
    1. Die Festplatte ist ziemlich alt (t Das Herstellungsdatum bezieht sich auf den Beginn des letzten Jahrzehnts.
    2. EDX-Merkmale sind derart, dass die Tiefe des ausgegebenen Signals im Bereich von 1 bis 10 Mikrometer liegt;
    Daher scheint es mir, dass diese 12 Mikrometer die magnetische Schicht sind, die oben mit der dünnsten Kohlenstoffschicht (50-100 nm) bedeckt ist, die auf dem Schnitt möglicherweise nicht sichtbar ist.

    Die Oberfläche der Scheibe selbst ist sehr, sehr glatt, der Höhenunterschied liegt innerhalb von 10 nm, was mit der Oberflächenrauheit von einkristallinem Silizium vergleichbar ist. Und hier sind die Bilder im Phasenkontrastmodus, die der Verteilung der magnetischen Domänen auf der Oberfläche entsprechen, d.h. Wir sehen tatsächlich getrennte Informationen:


    AFM-Bilder von der Oberfläche der Festplatte. Phasenkontrastbilder werden rechts angezeigt.

    Ein bisschen über Phasenkontrast: Zuerst „spürt“ die AFM-Mikroskopnadel das Relief, dann „hebt“ die Nadel, die das Relief kennt und seine Form wiederholt, in einem Abstand von 100 nm von der Probe einen zweiten Durchgang auf, um die Wirkung der Van-der-Waals-Kräfte zu „übertönen“ und die Wirkung des Magnetfeldes „hervorzuheben“ Kräfte. Ein Flash-Laufwerk darüber, wie dies geschieht, ist hier zu sehen .

    Übrigens ist ihnen aufgefallen, dass sich einzelne magnetische Domänen entlang der Plattenebene und parallel dazu erstrecken?! Ich erlaube mir ein paar Worte über Aufnahmemethoden. Derzeit haben Platten mit einer senkrechten Methode zum Aufzeichnen von Informationen (d. H. Solche mit magnetischen Domänen, die senkrecht zur Plattenebene ausgerichtet sind), die 2005 erschienen sind, Platten mit paralleler Aufzeichnung fast vollständig ersetzt. Der Vorteil der senkrechten Aufzeichnung liegt auf der Hand - die Aufzeichnungsdichte ist höher, aber es gibt hier einen subtilen Punkt im Zusammenhang mit Wikis Daten zur Dicke der magnetischen Schicht. Diese Nuance nennt man - superparamagnetische Grenze. Das heißt es gibt eine bestimmte kritische Partikelgröße, nach der das ferromagnetische Material auch bei Raumtemperatur in den paramagnetischen Zustand übergeht. Das heißt Es gibt genug Wärmeenergie, um sich zu drehen und einen so kleinen Magneten neu auszurichten. Bei magnetischen Aufnahmen machen sie oft Folgendes: Sie machen einen der „Magnete“ größer als die beiden anderen (dies ist auf dem Bild bei der Verteilung der magnetischen Domänen deutlich zu sehen), dann bleibt das magnetische Moment in dieser größeren Richtung erhalten. Wenn ich also bei paralleler Aufzeichnung immer noch davon ausgehen kann, dass die Magnetschicht Dutzende Nanometer groß ist und 1 Bit in mehreren Mikrometern beträgt, kann dies bei senkrechter Aufzeichnung einfach nicht der Fall sein. Die Dicke eines solchen magnetisierbaren Bereichs mit einer Mindestgröße in der Scheibenebene muss einfach mindestens einige Mikrometer betragen. Vielleicht betrügt Vicki ein bisschen. Oder sie bringen einen Magneten in Form von Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 10–20 nm auf und zerlegen die Scheibe dann in Bereiche, in denen Informationen auf eine „listige“ Weise gespeichert werden. Leider,


    Vergleich von parallelen und senkrechten Methoden zum Aufzeichnen von Informationen auf Festplatten [2]

    Ich möchte auch drei Videos teilen, die im Internet gefunden wurden und mit Festplatten verbunden sind. Die erste ist, wie die Festplatte funktioniert (Wie funktioniert es?):



    Vielleicht wird jemandem das Video in englischer Sprache von Seagate gefallen:



    Die letzte geht darum, wie sich die Kosten für eine 1-MB-Festplatte seit 1995 geändert haben und wie viele Festplatten veröffentlicht wurden:



    Wie versprochen poste ich ein Video darüber, wie die Aufnahmen auf verschiedenen Geräten gemacht wurden (vergessen Sie nicht, die Beschreibung des Videos auf YouTube zu lesen und Ihre Kommentare zu hinterlassen). Für die Statistik: Die Dreharbeiten dauerten 4 Tage (obwohl alles in 2 eingestellt werden konnte), die Dauer des Videos, das bearbeitet wurde - ungefähr 3 Stunden, am Ende stellte sich heraus, dass es ein 15-minütiges Video war. Ich hoffe, dass in naher Zukunft englische Untertitel für dieses Video erscheinen werden.



    PS: Dieser Artikel wurde am Vorabend des Wissenschaftsfestivals veröffentlicht, das vom 7. bis 9. Oktober 2011 in Moskau stattfinden wird (wirklich freier Zugang nur am 8. und 9. Oktober), und ich möchte alle einladen, unsere Ausstellung „Beauty of Materials“ zu besuchen, die stattfinden wird im zweiten Stock der Grundbibliothek auf dem Territorium der Moskauer Staatlichen Universität.

    PPS: Mit Anton Wojciechowski bereiten wir einige Videonotizen vor, wie einige biologische Objekte angeordnet sind (eine Rose sieht zum Beispiel einfach hinreißend aus). Ich denke, dass sie nicht auf Habré erscheinen werden (Sie sehen, es ist schwierig, eine mikroskopische Aufnahme eines Rasiermessers oder eines Streichholzkopfs an IT zu befestigen), aber sobald die Videos fertig sind, werden sie sofort auf meinem Kanal auf youtube und rutube und mit Sicherheit auf der Nanometer.ru- Website erscheinen .

    Quellen:
    1.Wiki: CD
    2. Wiki: Festplatte



    Zunächst eine vollständige Liste der veröffentlichten Artikel zu Habré: Beim

    Öffnen des Nvidia 8600M GT-Chips finden Sie hier einen ausführlicheren Artikel: Moderne Chips - eine Innenansicht
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    und 3DNews:
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    Zweitens , zusätzlich zu einem Blog auf Habrahabr , Artikel und Videos, können Sie das lesen und sehen Nanometer.ru , die YouTube und schmutzig .

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