内面図：CDおよびHDD

まえがき

私の前の記事は、Nvidiaのチップの内部デバイス、そしておそらく、最新のプロセッサーの内部デバイスに捧げられました。 この記事では、情報を保存する方法に移ります。マイクロレベルでのCDとHDDについて説明します。

CD

CDから始めましょう。 私たちのテスト対象は、単純なVerbatim CD-Rです。 情報が記録された（または印刷された）通常のディスクは、3つの主要なレイヤーで構成されています。 レイヤーAは、一度に複数の機能を実行するポリカーボネートディスクです。 1つ目はドライブのベースであり、ドライブ内部の膨大な回転速度に耐えることができます。





したがって、一般的には、CDディスクの構造を想像することができます[1]



ポリカーボネートディスクは、ディスクの外面をわずかな機械的損傷から保護する特別なワニスでコーティングされています。





ワニス層は赤で強調表示され、その下にポリカーボネートが「始まり」ます。





電子顕微鏡のビームの下では、保護ワニスの層はあまりよく感じられません



2番目-文字通りの意味でポリカーボネート上にあり、情報はマトリックスから印刷されます-それが映画、音楽、またはプログラムであっても。 Vickiが言うように、ポリカーボネートのベースの厚さは1.2 mmで、重量はわずか15〜20グラムです[1]。



当然、ポリカーボネートとワニスはレーザー放射を透過するため、レーザーの「印刷された」情報は「見える」ようにする必要があり、そのために表面はアルミニウムの薄い層（層B）で覆われます。 「印刷された」情報を含むCD-ROM、CD-RおよびCD-RWにはわずかな違いがあることに注意してください。 最後の2つのケースでは、ポリカーボネートとアルミニウムの間に中間層が追加され、特定の波長のレーザー放射の影響下でその特性を変更でき、空のトラックがポリカーボネートに印刷されます。 CD-R（フォトレジストに似たもの）の場合は染料、CD-RWの場合は金属合金のいずれかです。 そのため、書き換え可能なディスクを直射日光や過熱にさらすことはお勧めできません。これは、光学特性の変化を引き起こす可能性もあります。



ディスクとそこから引き裂かれたアルミニウム層を比較してみましょう。 ポリカーボネートには「溝」（ピット）があり、アルミニウムの層には逆に、溝に完全に対応する隆起があることがわかります。





ポリカーボネートの表面のなじみのあるくぼみ（AFM画像）





保護アルミニウム層では、ピットは「反対」に見えます。溝ではなく、突起（AFM画像）



次に、得られた「ケーキ」を特別な保護層Cで覆います。その主な役割は、「繊細な」アルミニウム反射層を保護することです。 さらに、このレイヤーに何かを貼り付けたり、マーカーで書いたり、印刷用に特別な追加レイヤーを適用したりできます。 など



このビデオでは、CD製造のすべての技術段階を紹介しています。





CDディスクへの記録は、ビニールレコードへの記録に似ています。 情報のあるトラックはらせん状になります。 それはディスクの中心から始まり、外縁で終わります。 しかし、ディスクの真ん中にある「空の」空のセクションと記録された情報のトラック：







ここに記録がありましたが、ここにはありません。 空のトラックと記録された情報を持つトラックの比較（SEM顕微鏡写真）



DVDと、おそらくBlu-RayからのCDのミクロレベルで根本的な違いはありません。 ピットが小さくならない限り。 この場合、1つの最小くぼみの寸法は幅330 nm、長さ680 nmであり、トラック間の距離は〜930 nmです。



注意：どのドライブでも読み取れないスクラッチCDがある場合は、磨いてみてください。 ほとんどすべての透明なつや出し剤がこれに適しています。 情報の読み取りを妨げるくぼみを埋め、少なくともディスクから情報をコピーできます。



アルミニウムの層が時々奇妙に曲がっているのはどうですか（ほぼ芸術作品-白黒）：





私たちの生活の黒と白のストライプ。 CD（SEM顕微鏡写真）



そして最後に、光学顕微鏡を使用して取得したCDの画像がさらに2つあります。





光学顕微鏡法：左側はアルミニウム反射層、右側はポリカーボネートディスク上のAl層（明るい領域）（暗い領域）

HDD

ハードドライブに取りかかりましょう。 フロッピーディスクとVHSの時代から、それは常に私にとって謎でしたが、それでも磁気メモリはどのように配置されていますか？！ 記事を書く前に、前のビデオのように、ハードドライブの生産の主な段階を示すビデオとメディアの資料を見つけようとしましたが、Vickiに不満を感じました。「テープのように、プレートの両方の面が強磁性体の最も細かい塵で覆われている-鉄、マンガン、その他の金属の酸化物。 正確な構成とアプリケーション技術は企業秘密を構成します」[2]。 特にSSD時代の到来により市場での競争がさらに激化したため、HDDのメーカーからの真実を探す必要はありませんでした（Seagateがその秘密をわずかに明らかにしたことを除く）。



プレート自体は非磁性金属合金でできています。 これらの合金の基礎は、最軽量の構造材料としてのアルミニウムとマグネシウムです。 その後、 Wikiによると、10〜20 nmの磁性層がそれらに適用されます-ここでは、おそらく、ナノ結晶という言葉が適切でしょう-保護のために炭素の小さな層でコーティングされた材料です。 ディスクはNoNameであり、情報の並列記録という古代の技術を使用して作成されたため、ここではEDX（ X線マイクロ分析 ）データに従って材料の組成を与えることができます：Co-1.1 atomic％、Y-1.53​​ at。 ％、Cr-2.38 at。 ％、Ni-45.81 at。 ％ 炭素含有量は36.54％です。 SiとP、その含有量は0.46 at。 ％および12.25 at。 それぞれ％。 シリコンの起源は、ミクロトームが作動して研磨した後、明らかにリンが表面に残っているように見えますが、リンは単にサンプルを汚しました。

正直なところ、「10-20 nm」の厚さの磁性材料の層を見つけようとしましたが、役に立ちませんでした。 私が見たものに基づいて、表面層の厚さは約12マイクロメートルです。





ハードドライブに情報を保存する非常に「薄い」レイヤー



もちろん、あなたはコメントで私を修正することができますが、：

1.ディスクがかなり古い（つまり、製造日が過去10年の初めに遡る）;

2. EDX機能では、信号出力の深さが1〜10ミクロンの範囲にあります。

このように、これらの12マイクロメートルは磁性層であり、その上は炭素の最薄層（50-100 nm）で覆われているように見えますが、これはカットでは見えません。



ディスク自体の表面は非常に滑らかで、高さの差は10 nm以内にあり、これは単結晶シリコンの表面粗さに匹敵します。 そして、これが位相コントラストモードの画像です。これは表面の磁区の分布に対応しています。 実際には別々の情報が表示されます：





ハードディスクの表面のAFM画像。 位相コントラスト画像は右側に示されています。



位相コントラストについて少し：最初に、AFM顕微鏡の針はレリーフを「感じ」、次にレリーフを知ってその形状を繰り返し、針はサンプルから100 nmの距離で2回目のパスを行い、 ファンデルワールス力の作用を「消し」、磁気の効果を「強調」します力。 これがどのように起こるかについてのフラッシュドライブはここで見ることができます 。



ところで、彼らは、単一の磁区がディスクの平面に沿ってそれと平行に伸びていることに気づきました！ 録音方法について少し説明します。 現在、2005年に登場した、垂直方向に情報を記録する方法（つまり、ディスクの平面に垂直に配向した磁区を持つもの）を備えたディスクは、ほぼ完全にディスクをパラレル記録に置き換えました。 垂直記録の利点は明らかです-記録密度は高くなりますが、ここには、磁気層の厚さに関するWikiのデータに関連する1つの微妙なポイントがあります。 このニュアンスは、超常磁性限界と呼ばれます。 つまり 一定の臨界粒子サイズがあり、その後、室温でも強磁性材料は常磁性状態になります。 つまり 回転するのに十分な熱エネルギーがあり、そのような小さな磁石の向きを変えます。 磁気記録の場合、彼らはしばしば次のことを行います。「磁石」の1つを他の2つよりも大きくし（これは磁区の分布を示す図ではっきりとわかります）、磁気モーメントはこの大きい方向に保存されます。 したがって、並列記録の場合、磁石層が数マイクロメートルの1ビットのサイズで数十ナノメートルであるとまだ信じることができれば、垂直記録の場合、これは単純に不可能です。 ディスクの面内で最小サイズのこのような磁化可能領域の厚さは、少なくとも数マイクロメートルでなければなりません。 だから、ヴィッキーは少し浮気でしょう。 磁石は、直径10〜20 nmのナノ粒子の形で適用され、その後、何らかの「unningな」方法で、ディスクを情報の格納を担当する領域に分割します。 残念ながら、私は私の好奇心を完全に満足させることはできず、情報の磁気記録に関する質問に答えました。





ハードドライブに情報を記録する並列および垂直方式の比較[2]



また、インターネットで発見され、ハードドライブに関連付けられている3つのビデオを共有したいと思います。 1つ目は、HDDの仕組みに関するものです（仕組みは？）：







誰かがSeagateの英語のビデオを気に入るかもしれません：







最後は、1995年以降の1 Mb HDDのコストの変化とリリースされたディスクの数についてです。







約束どおり、さまざまなデバイスでの撮影方法に関するビデオを投稿します（YouTubeでビデオの説明を読んでコメントを残すことを忘れないでください）。 統計の場合：撮影には4日かかりました（すべてを2つに入れることができました）、編集されたビデオの長さ-約3時間、最終的には15分のビデオになりました。 近い将来、このビデオの英語字幕が表示されることを願っています。







PS：この記事は、2011年10月7日から9日にモスクワで開催される科学祭の前夜に公開されました（10月8日と9日にのみ無料アクセスになります）。私たちの展示「マテリアルの美しさ」モスクワ州立大学の領土にある基礎図書館の2階にあります。



PPS： Anton Wojciechowskiでは、いくつかの生物学的オブジェクトの配置に関するビデオノートをいくつか準備しています（たとえば、バラは単に豪華に見えます）。 Habrには表示されないと思います（カミソリの顕微鏡写真を添付し​​たり、頭をITに合わせるのは難しいです）が、ビデオの準備が整うとすぐに、YouTubeとrutubeの私のチャンネルに表示され、 Nanometer.ruのウェブサイトにも表示されます



ソース：

1. Wiki：CD

2. Wiki：HDD

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まず 、Habréで公開されている記事の完全なリスト：



Nvidia 8600M GTチップを開くと、より詳細な記事がここに表示されます。 モダンチップ-内部の外観

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および3DNews：

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