4GOOD - Optischer Datenspeicher der 4. Generation nach CD, DVD und Blu-ray Disc
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
0815_Hepper.qxd 22.10.2007 14:15 Uhr Seite 594
SPEICHERTECHNIK
4GOOD – Optischer Datenspeicher der
4. Generation nach CD, DVD und Blu-ray Disc
Während die holographische Aufzeichnung im Consumerbereich noch While holographic recording is in the future for the consumer
Zukunftsmusik ist, kündigt sich mit einem Techniksprung die 4. Genera- domain, the 4th generation of optical storage is being heralded by a
tion optischer Datenspeicher an. Im Rahmen des EUREKA-Projektes Mo- leap in technology. Within the EUREKA project MobileDRIVE and the
bileDRIVE bzw. des vom BMWi geförderten Projekts 4GOOD (4th-Genera- project 4GOOD (4th-Generation Omni-purpose Optical Disc-system),
tion, Omni-purpose Optical Discsystem) werden die Basistechniken für funded by the BMWi, the fundamental technologies are being
hochdichte Datenspeicherung, ein optisches Laufwerkssystem, eine op- developed for high-density data storage, an optical drive system, an
tische Speicherdisc und ein Konzept für inhärenten Kopierschutz entwi- optical disc and a concept of inherent copy protection. Another focus
ckelt. Die Miniaturisierung des Laufwerks und der Disc sind dabei ein is on the miniaturisation of both drive and disc . The contribution
Schwerpunkt. Der Beitrag beschreibt die technischen Ziele, Herausfor- describes the technology objectives, the challenges, concepts and
derungen, Ansätze und den Entwicklungsstand des Projektes. the project status.
Einleitung tionaler Geräte eine entscheidende Rolle spie- der Kundenwunsch nach ständiger Verfügbar-
len und das Einsatzspektrum von optischen keit und Abspielbarkeit seiner Medien erfüll-
Optische Speicher sind heute das wichtigste Speichersystemen deutlich erweitern, wenn bar. Durch die angestrebte geringe Bauform
und preisgünstigste Wechselmedium für die es gelingt, die Speicherkapazität von miniatu- des Laufwerkes bei hoher Speicherdichte ist
Verteilung von Inhalten und die Datenarchi- risierten Discs auf konkurrenzfähige Werte eine Integration auch in bereits vorhandene
vierung. Ihre Hauptvorteile sind die extrem von mindestens 5 GByte zu steigern. Multimediageräte möglich. Gleichzeitig las-
kostengünstige Vervielfältigung und damit un- Schon heute ist durch konsequente sen sich für verschiedene Anwendungen auch
schlagbar geringe Speicherkosten sowie die Weiterentwicklung der CD/DVD-Speicherlauf- mehrere Laufwerke in einem Gerät verbauen –
Wechselbarkeit der Disc. Die technische werke nachträglich deren Einsatz im rauen eine Möglichkeit, die heute für die unter-
Weiterentwicklung der optischen Techniken (auto)mobilen Umfeld möglich geworden. Sie schiedlichen Bedürfnisse von Fahrer und Bei-
hat bereits den Einsatz in mobilen Endgeräten erfüllen dabei Anforderungen, die im ur- fahrer in einem Auto nur begrenzt berücksich-
ermöglicht und ist damit in Konkurrenz zu den sprünglichen Standard nicht berücksichtigt tigt werden kann.
heute üblichen „Flash-Memories“ und Minia- sind. Die vielfältigen Anforderungen an ein Die Physik der konventionellen optischen
tur-Festplattenlaufwerken getreten. Die Vorzü- mobiles optisches Laufwerk werden in 4GOOD Aufzeichnung stößt nun mit der 3. Generation,
ge der optischen Disc – die Wechselbarkeit bereits in der Konzeptphase berücksichtigt, der Blu-ray Disc, an praktische Grenzen, die
und der Kostenvorteil – könnten auch im zu- sodass eine Einführung in allen Marktseg- durch die Wellenlänge des (blauen) Lasers
künftigen Marktsegment mobiler, multifunk- menten gleichzeitig erfolgen kann. Nur so ist und die Möglichkeiten der Optik zur Fokussie-
rung gegeben sind. Um noch kleinere Struktu-
ren auf der Disc erzeugen und von ihr lesen zu
können, wird seit einigen Jahren an Verfahren
auf der Basis der Nahfeld-Optik gearbeitet.
Im Folgenden werden zunächst die damit
verbundenen Probleme skizziert und das
stattdessen in 4GOOD gewählte Systemkon-
zept vorgestellt. Anschließend werden die
D. Hepper B. Hyot M. Behringer W. Semar Konzepte und der Stand der Entwicklung der
Schlüsselkomponenten wie Disc, Laufwerk,
Dipl.-Ing. Dietmar Hepper ist Projektkoordinator des Fördervorhabens 4GOOD und Senior Laser, Miniaturlinse, Beschleunigungssenso-
R&D Engineer bei Thomson Corporate Research/Deutsche Thomson OHG. Dr. Bérangère Hyot ren und Signalverarbeitung beschrieben.
ist bei CEA/LETI für Design und Konzeption des SuperRENS-Stacks verantwortlich. Dr. Martin
Behringer arbeitet bei Osram an der Entwicklung von Hochleistungslaserdioden. Dr. Wolf-
gang Semar ist Projektmanager für die Bereitstellung der Objektivlinse in 4GOOD und ver-
Systemkonzept und
antwortlich für Technikentwicklung im Business Segment Advanced Optics bei Schott.
Funktionsprinzip
Weitere Autoren: Bei Verwendung einer Nahfeld-Optik für die
Dr. Rudolf Eyberg, Dr. Stephan Knappmann, Dr. Joachim Knittel und Dr. Hartmut Richter Steigerung der optischen Auflösung wird ein
(Thomson), Dr. Michael Frerichs (Blaupunkt), Dr. Axel Franke (Bosch), Dr. Christoph Gahn (blauvioletter) Laserstrahl zum Beispiel durch
(Bosch Sensortec), Dr. Jean-Michel Bruneau (MPO), Dipl.-Phys. Alfred Lell (Osram), Dr. Karl eine sehr kleine Öffnung geführt (Nanoaper-
Wolter (RWTH Aachen, IHT) und Dr. Matthias Wuttig (RWTH Aachen, IPI). tur), die kleiner als der Durchmesser des La-
serstrahls ist, oder mittels einer sogenannten
594 11/2007 FKT
0815_Hepper.qxd 22.10.2007 14:15 Uhr Seite 595
AKTUELLES FKTG FACHINFORMATIONEN BERICHTE SERVICE
Bild 1. Vergleich von 4GOOD sind die Daten für eine 12- und eine
Nahfeld- und Super- 3-cm-Disc angegeben.
RENS-Aufzeichnung
(Super-Resolution
Near-Field Structure)
Schlüsselkomponenten für
die optische Datenspeicherung der
4. Generation
In 4GOOD gilt es, geeignete Materialien für die
verschiedenen erforderlichen Schichten der
Disc zu definieren und zu entwickeln und ent-
sprechende Discs zu fertigen und zu erpro-
ben. Darüber hinaus bedarf es der Entwick-
lung eines zugehörigen Laufwerks einschließ-
lich eines (blauen) Halbleiterlasers, einer
beugungsbegrenzten Miniaturlinse mit hoher
numerischer Apertur, spezieller Signaldetek-
‘Solid Immersion Lens’ (SIL) mit hoher nume- die Reflektivität der Schicht geändert wird. In tion und des Servo-Verfahrens für die Fokus-
rischer Apertur fokussiert (NA >1, Bild 1 diesem Moment kann an dieser Stelle die dar- sierung und Spurnachführung der Optik usw.
links). Auf diese Weise kann auf der Oberflä- unter liegende informationstragende Schicht Im Hinblick auf den mobilen Einsatz des Minia-
che der Disc ein sehr kleiner Laserspot erzeugt ausgelesen werden. Vorteil des SuperRENS- turlaufwerks sind Sensoren für die Detektion
werden. Nachteil ist allerdings, dass die Optik Verfahrens ist der große Arbeitsabstand zwi- von Laufwerksbeschleunigungen zu entwi-
sehr nah an die Disc geführt werden muss schen Optik und Disc von 0,2 mm bis 1,0 mm. ckeln. Um die hohe Flächenspeicherdichte zu
(
0815_Hepper.qxd 22.10.2007 14:15 Uhr Seite 596
SPEICHERTECHNIK
Die Disc wird, ähnlich wie eine Blu-ray noch durch einfache Größenreduktion der ein-
Disc, durch die Deckschicht ausgelesen. Im zelnen Bauteile verkleinert werden. Allerdings
Bild 4 sind vorläufige „Carrier-to-Noise-Ra- hat dieser Ansatz seine Grenzen. Daher wurde
tio“-Messergebnisse (C/N) in Diagrammform eine kompakte optische Einheit entworfen
dargestellt. Während sich Pits mit einer Länge (Bild 5), die Laserdiode, Strahlteiler, Linsen
von 160 nm (entsprechend einer Blu-ray Disc und Detektor auf einem Substrat vereint. Für
Bild 2. Schichtaufbau der SuperRENS-Testdisc mit 23 GB) auch bei kleiner Laserleistung ein- die Erzeugung von Servosignalen wird das von
deutig detektieren lassen, ist bei den zu reali- der Disc reflektierte Licht auf verschiedene
sierenden kleineren Pits eine höhere Leistung Detektorflächen verteilt. Bei dem Design wur-
zum Auslesen erforderlich. Bei einer Laser- den entsprechende Toleranzen, die spätere
leistung von etwa 1 mW setzt der SuperRENS- Produzierbarkeit und Kostenaspekte berück-
Effekt ein, und es wird ein C/N von deutlich sichtigt. Optische, mechanische und thermi-
über 40 dB erreicht. Discs mit unterschied- sche Simulationen waren für die Spezifizie-
lichen Materialien und Schichtdicken werden rung und Integration der einzelnen Kompo-
derzeit untersucht. Parallel werden Ansätze nenten notwendig.
zur Erfassung und Modellierung der zugrun- Um die Objektivlinse über der Spur im
deliegenden physikalischen Effekte erarbei- korrekten Abstand zur Disc zu halten, werden
tet, um die Materialwahl zu unterstützen. Aktuatoren benötigt. Diese sind in heutigen
optischen Laufwerken in praktisch allen Fäl-
len elektromechanische Bauteile nach dem
Konzept des Miniaturlaufwerks „Lautsprecherprinzip“: Die Spulen zweier
Bild 3. Sputteranlage zur Herstellung des
SuperRENS-Schichtensystems Heutige Laufwerke sind in der Regel für das Elektromagneten tragen dabei einen Linsen-
Heim- und Büro-Umfeld entwickelt worden. körper und „schweben“ über den Magnetker-
Für mobile (insbesondere automobile) Anwen- nen. Durch Veränderung des Stroms kann die
den Maskierungslayer (auch aktive oder dungen, sind weiterreichende Anforderungen Höhe des Linsenträgers eingestellt werden.
SuperRENS-Schicht genannt) und bereits bei der Konzeption zu berücksichti- Diese Aktuatoren sind nur eingeschränkt zur
– Entwicklung von geeigneten Dünnschicht- gen. Diese betreffen im Wesentlichen den Verwendung in kleinen mobilen Geräten ge-
systemen, die gute optische Eigenschaf- Temperaturbereich, die Vibrationsbeanspru- eignet. Die Spulen und Linsenhalter sind zu
ten, eine hohe Zahl an Auslesezyklen chung, die Zuverlässigkeit sowie Beschrän- schwer und benötigen daher zu viel Leistung.
usw. ermöglichen. kungen in Baugröße und Handhabung. Die Es wurde deshalb ein Schwingarm (Bild 6) mit
Erste ROM-Testdiscs, basierend auf einem technischen Herausforderungen liegen hier einem Gelenksystem für die Fokussierung ent-
Halbleitermaterial für die SuperRENS-Schicht, im Bereich der Entwicklung und Herstellung wickelt. Dieser trägt die gesamte optische Ein-
sind verfügbar und wurden vermessen. Der spezieller Komponenten wie zum Beispiel der heit einschließlich Laserdiode, Objektivlinse
Schichtaufbau ist im Bild 2 dargestellt. Auf Mikrooptik und der Aktuatoren für die Spur- und Detektoren.
das im Spritzgussverfahren hergestellte Sub- nachführung bzw. Fokusregelung.
strat werden die für den SuperRENS-Effekt er- Ein in konventioneller Bauweise mit dis-
forderlichen Schichten mittels Sputtering kreten Komponenten wie zum Beispiel Laser-
Blauvioletter Halbleiterlaser
(Bild 3) aufgetragen und abschließend mit ei- diode, Strahlteiler, Objektivlinse und Detek-
zum Auslesen der Daten
ner Deckschicht geschützt. tor gebautes Laufwerk kann in gewissem Maß Eine weitere Schlüsselkomponente für die opti-
sche Datenspeicherung stellt die galliumnitrid-
basierte Halbleiterlaserdiode im blauvioletten
Bild 4. C/N-Messer- Wellenlängenbereich (bei 405 nm) dar (Bild 7).
gebnisse für eine Im 4GOOD-Ansatz führen die vielfältigen
Disc mit SuperRENS- Anforderungen an ein verlustarmes, effizien-
Schichtsystem tes, zuverlässiges, langlebiges, robustes und
Bild 5. Optische Einheit des Laufwerks
596 11/2007 FKT
0815_Hepper.qxd 22.10.2007 14:15 Uhr Seite 597
AKTUELLES FKTG FACHINFORMATIONEN BERICHTE SERVICE
Linse müssen jedoch das als Ultrapräzisions-
Blankpressen bezeichnete Verfahren sowie
die hierfür notwendigen Präzisions-Form-
werkzeuge an die Grenze des heute technisch
Bild 6. Schwingarm Möglichen geführt werden.
des optischen Lauf- Im Rahmen des Projekts wurden diese
werks Miniaturlinsen bereits mit mittleren Formtole-
ranzen von kleiner als 100 nm hergestellt
mobiles optisches Laufwerk zu einer Reihe Miniaturlinse zur Fokussierung (Bild 8). Für die Erreichung des Zielkorridors
technischer Herausforderungen bei der Ent- des Laserstrahls sind jedoch noch weitere erhebliche Anstren-
wicklung geeigneter Laserdioden. Deren Le- gungen notwendig. Bei Schott besteht ein en-
bensdauer und die Bauteil-Eigenschaften Die Linse ist Teil der optischen Systemkompo- ger Verbund von Glasentwicklung, Messtech-
sind eng verknüpft mit Defekten in der Epita- nente, die den Laserstrahl erzeugt und fokus- nik, Formenbau und Interface-Design, in dem
xie-Schichtstruktur der Laserdiode. Deswegen siert. Der Laserstrahl dient zum Schreiben intensiv an der Optimierung der Pressversu-
gilt es primär, die Defektdichte innerhalb der und Lesen der Daten, die als Pits auf dem ro- che gearbeitet wird, um schrittweise alle Spe-
Laserstruktur um etwa drei Größenordnungen tierenden Datenträger (Disc) geschrieben zifikationen der Linse zu erfüllen.
zu senken. Einen Schlüssel hierfür stellen die bzw. eingebrannt sind. Die Aufgabe der Linse
als Basis vorhandenen Galliumnitrid-Substra- besteht darin, den Laserstrahl höchst präzise
te dar, auf denen mithilfe der metallorgani- auf die Oberfläche der zum Beispiel etwa
Beschleunigungssensoren
schen Gasphasen-Epitaxie das (Al,In)GaN-La- 3 cm großen Disc zu fokussieren. Das zugehö-
für den Laufwerksschutz
serschicht-System abgeschieden wird. rige Laufwerk ist nicht nur leistungsfähiger als Aufgabe der Sensoren ist es, die beim mobi-
Eine besonders kritische Herausforde- aktuell erhältliche Geräte, sondern dabei len Einsatz des Laufwerkes zwangsläufig auf-
rung neben dem Design der optimalen auch so klein, dass es zum Beispiel in ein tretenden Erschütterungen zu detektieren, um
Schichtstruktur stellt das Wachstum der akti- Handy passt. Aufgrund der kleinen Abmes- Lesekopf und Medium bei zu großen Belas-
ven Zone im Zentrum der Wellenleiterstruktur sungen des mobilen Laufwerks und der mini- tungen vor Beschädigung zu schützen. Insbe-
dar. Die hierin liegenden lichterzeugenden malen Größe (etwa 50 nm) der auf der Disc ge- sondere muss von der Sensorik der freie Fall
Quantentröge mit Schichtdicken von 2 nm speicherten Pits, muss die Linse sowohl ex- detektiert werden können, um rechtzeitig vor
entsprechen etwa acht Atomlagen. Sie müs- trem klein (
0815_Hepper.qxd 22.10.2007 14:15 Uhr Seite 598
SPEICHERTECHNIK
Bild 9. Aktueller
dreiachsiger
Beschleunigungs-
sensor in Mold-
verpackung
Bild 10. Blockschalt-
bild der Signalverar-
beitung →
und monolithische Integrationskonzepte für Values“, liefert, die eine Aussage über die Sensoren für den (auto)mobilen Einsatz und
die Sensoren untersucht, bewertet und mit ei- Qualität und die Richtigkeit der gerade ausge- eine optimierte, an die sich ergebenden tat-
nem Prototypen nachgewiesen. Die Sensoren lesenen Daten erlauben und die besonders sächlichen Kanaleigenschaften angepasste
sollen kompakt und dünn sein, einen gerin- für die nachfolgende Fehlerkorrektur notwen- Signalverarbeitung für hohe Speicherdichte
gen Leistungsbedarf aufweisen und erfordern dig sind. bei hoher Robustheit. Die Projektergebnisse
aufgrund ihrer Sensibilität stressfreie Verpa- Trotz der verschlechterten Kanaleigen- werden im Frühjahr 2008 präsentiert.
ckungstechniken. schaften gewährleisten die Fortschritte in der
Codierungs-, Modulations- und Detektions-
technik eine im Vergleich zur 3. Generation
Schrifttum
Signalverarbeitung für die Daten- optischer Speicher ähnliche oder leicht höhe-
aufzeichnung und -wiedergabe re Kanalcoderate und somit eine erhöhte Da-
[1] Hyot, B.; Gidon, S.; Armand, M.-F.; Poupinet, L.;
Pichon, J.; Anciant, R. ; Bruneau, J.-M.; Pilard, G.;
Der Übertragungskanal der neuen Disc-Tech- tendichte. Bei der Implementierung von ICs Richter, H.: Phase change materials and Super-
RENS. E*PCOS 2005 European Symposium on
nik unterscheidet sich deutlich von dem kon- für miniaturisierte Geräte muss der erhöhte
Phase Change and Ovonic Sciences. 03. bis 06.
ventioneller optischer Discs. Besonders die Energie- und Speicherbedarf besonders be- September 2005, King’s College Cambridge, Uni-
neuen SuperRENS-Materialeffekte und die ge- achtet werden. versity of Cambridge, England. www.epcos.org/
wünschte höhere Speicherdichte führen zu E_PCOS05.htm.
[2] Bae, J. ; Kim, J.; Hwang, I.; Kim, H.; Lee, J.; Park,
starken Einflüssen auf Frequenzgang, Pha-
senverhalten und Signal-Rauschabstand. So-
Zusammenfassung und Ausblick H.; Park, I.: Error Rate Improvement of 75 nm
SuperRENS Signal in 405 nm, 0.85 NA System.
wohl die Signalcodierung der Fehlerkorrektur Im BMWi-Projekt 4GOOD (4th-Generation Om- Optical Data Storage Topical Meeting, 2006, Con-
ference Proceedings, S. 200 bis 202.
(FEC) und die Kanalmodulation (RLL) als auch ni-purpose Optical Discsystem) werden
[3] Pichon, J.; Anciant, R.; Bruneau, J.-M.; Rieux, M.
die Detektionsverfahren müssen zur bestmög- Schlüsseltechniken und -komponenten für die D.; Hyot, B.; Gidon, S.; Armand, M.-F.; Poupinet,
lichen Kanalausnutzung an den Kanal ange- 4. Generation optischer Discs mit einer Spei- L.: Multiphysics Simulation of Super-Resolution
passt werden. cherdichte von 60 bis 100 Gbit/inch2 und mit BD ROM Optical Disk Readout. Ebenda, S. 206 bis
208.
Die wesentlichen Komponenten der Sig- einer gegenüber der 3. Generation um den [4] Hyot, B.; Desières, Y.; Poupinet, L.: Spatial (su-
nalverarbeitung sind im Bild 10 dargestellt. Faktor 3 bis 4 erhöhten Speicherkapazität per)resolution of nanometric objects: Periodic
Zur Fehlerkorrektur wird ein verschachteltes entwickelt. Möglich wird dieser Kapazitäts- structure and ‘Single’ object. European Phase
Change and Ovonic Science Symposium, E*PCOS
System aus Reed-Solomon- und sogenannten sprung durch die Ausnutzung des SuperRENS- 2006, 29. bis 31. Mai 2006, Grenoble, France.
Turbo-Codes (Turbo Product Code) bzw. ein Effektes (Super-Resolution Near-Field Struc- www.epcos.org/Library2006.aspx.
‘Low-Density Parity-Check Code’ (LDPC) ge- ture) bei geeigneter Materialwahl für die Layer [5] Hepper, D.; Richter, H.; Knappmann, S.; Eyberg, R.
wählt. Gerade bei verschlechtertem Signal- der Disc, vor allem für die Maskierungs- (Thomson); Frerichs, M. (Blaupunkt); Franke, A.
und Klingenberg, W. (Bosch); Gahn, C. (Bosch
Rauschabstand, bei dem vermehrt Einzelbit- schicht. Erste Testdiscs wurden bereits erstellt Sensortec); Lell, A. und Behringer, M. (Osram);
fehler auftreten, und den disctypischen Block- und vermessen. Das Laufwerkskonzept sieht Wolter, K. (RWTH-IHT); Steimer, C. (RWTH-IPI); Se-
fehlern durch Kratzer, Schmutz usw. erweisen einen Schwingarm als Träger des Pick-ups vor. mar, W. (Schott): 4GOOD - Die 4. Generation Opti-
scher Discs. ITG-Fachbericht 199, Elektronische
sich diese Methoden als sehr robust. Für die Den schwierigeren Eigenschaften des opti- Medien – Vorträge des 12. Dortmunder Fernseh-
Modulation der Daten werden die bekannten schen Kanals im Hinblick auf Frequenzgang, seminars vom 20. bis 21. März 2007 in Dort-
RLL-Verfahren angepasst. Phasenverhalten, Signal-Rauschabstand usw. mund (Tagungsband). VDE Verlag GmbH, Berlin
Beim Auslesen der Daten stellen der ge- wird mit verbesserten Verfahren der Signal- und Offenbach, 2007, S. 163 bis 168.
ringere Signal-Rauschabstand und die erhöh- verarbeitung – insbesondere für Fehlerschutz
te Datendichte besondere Anforderungen an (LDPC), Taktrückgewinnung, Detektion (PRML)
die Taktrückgewinnung und den Detektor. Bei- – Rechnung getragen. Die Miniaturlinse mit
Danksagung
de Systeme sind miteinander verknüpft und
AKTUELLES FACHINFORMATIONEN F &E EVENT FKTG SERVICE
Optischer Datenspeicher der 4. Generation
Nachtrag zum gleichnamigen Artikel in der FKT 11/2007
Im Rahmen des deutsch-franzö- Einwirkung des Laserstrahls ih- Langlebigkeitstests zeigte sich,
sischen Projektes 4GOOD („4th- ren Zustand zwischen amorph dass selbst nach 12.000 Lesezy-
Generation, Omni-Purpose Opti- und kristallin und werden klen die Bitfehlerrate nach der
cal Disc-system“) werden Basis- „durchsichtig“, während bei Signaldetektion und vor der Feh-
technologien für die 4. Generati- Halbleitermaterialien wie InSb lerkorrektur so gering ist, dass
on optischer Discs entwickelt. In lokal und reversibel freie La- die Daten einwandfrei gelesen
der FKT 11/2007 erschien ein Ar- dungsträger angeregt werden, werden können.
tikel hierüber, und auf der Jahres- damit eine Metallisierung eintritt Um die Speicherdichte ge-
tagung der FKTG im Mai 2008 und die Reflektivität verändert genüber der Blu-ray Disc zu erhö-
wurde nun über die aktuellen wird – ohne Änderung der ato- hen, wurde neben der minima-
Entwicklungen in 4GOOD berich- maren Struktur. In beiden Fällen len Mark-Länge (und damit Bit-
tet. Nachfolgend letzte Neuigkei- kann die darunterliegende Da- länge) der Spurabstand variiert
ten über das Projekt, das vom tenschicht innerhalb einer klei- (Bild 1). Bei einem Spurabstand
BMWi bzw. in Frankreich vom MI- nen Apertur gelesen werden. von 320 nm wurde eine minima-
NÉFI gefördert wird. Phasenwechselmaterialien sind le Mark-Länge von 60 nm reali-
intensiv untersucht worden, und siert und damit die 2,5-fache
das IPI der RWTH Aachen hat eine Speicherdichte einer Blu-ray
Schlüsselkomponenten „Schatzkarte“ vorgelegt, die es Disc erreicht. Durch Kombination
für die optische erlaubt, aus der Zusammenset- mit dem verringerten Spurab-
Datenspeicherung zung optische Eigenschaften wie stand von 260 nm wird sich die
Optische Disc
den Kontrast vorherzusagen. 3-fache Speicherdichte erzielen
Für die SuperRENS-Schicht wur- InSb bietet gegenüber AIST lassen. Derzeit werden Ansätze
den Phasenwechsel- und Halb- den Vorteil, dass dasselbe CNR zur weiteren Verringerung des
leitermaterialien untersucht. bei niedrigerer Laserleistung er- Spurabstandes untersucht, um
Phasenwechselmaterialien wie zielt wird, außerdem bietet InSb letztlich einen Faktor 4 zu errei-
AIST (AgInSbTe) ändern unter eine höhere Signalbandbreite. In chen.
Bild 1. Ausschnittbild des Sub-
strats einer Testdisc mit einem
Spurabstand von 260 nm
(über Atomic Force Microscope
aufgenommen)
Bild 2.Optische Einheit des Lauf-
werks (Foto: Fraunhofer IOF, Jena)
zusammen mit DOE (Diffractive
Optical Element) und Miniatur-
linse zur Fokussierung des Laser-
strahls →
x/2008 FKT 1
DISK-TECHNIK
System) als eigentliches Sensor-
element und einem ASIC mit der
Auswertelektronik. Beide Bau-
elemente sind entworfen und
hergestellt worden, die Integrati-
on zu einem gemeinsamen Bau-
Bild 3. Verringerung der Defektdichte im Schichtensystem der element läuft derzeit.
blauviolett emittierenden Laserdiode (links) und TEM-Bild der
lichterzeugenden Quantentröge (rechts)
Signalverarbeitung für die
Datenaufzeichnung und
Konzept des Miniatur- ben gleichbleibende Schichtdi-
-wiedergabe
laufwerks cken von 2 nm (Bild 3 rechts). Die
Laserdiode mit reduziertem Leis- Die verwendeten Verfahren der
Der Schwingarmaktuator für das tungsbedarf ist verfügbar. Signalverarbeitung wurden an
Miniaturlaufwerk ist leichter als die Eigenschaften des optischen
ein konventioneller Aktuator, hat Kanals angepasst. Bei der Bit-De-
Miniaturlinse zur Fokussie-
einen niedrigeren Energiebedarf tektion und der RLL-Demodulati-
rung des Laserstrahls
und eine hohe Stabilität. Es tre- on kommen „Soft Decision“-Ver-
ten keine thermischen Einflüsse Für die Linse zur Fokussierung fahren zum Einsatz. Die Fehler-
von Seiten der Linse auf. Die des Laserstrahls wurde von korrektur (FEC) ist zweistufig: Der
Komponenten des Pick-ups am Schott ein hybrides Design aus innere Decoder (Turbo Product
Ende des Schwingarms wurden einem DOE (Diffractive Optical Code oder Low-Density Partity-
inzwischen realisiert und auf Element) und einer Miniaturlinse Check Code) mit Soft-Decision
dem gemeinsamen Substrat gewählt (s. Bild 2). Das DOE be- dient der Korrektur von Einzelfeh-
montiert und vermessen (Bild 2). wirkt eine Vorformung des Licht- lern, der äußere Reed-Solomon-
Servo-Verfahren für die Fokussie- strahls, sodass die Anforderun- Decoder der von Bündelfehlern.
rung und die Spurnachführung gen an die Oberflächengenauig- Die Coderate wird insgesamt
wurden ebenfalls entwickelt. keit der Linse entspannter sind. ähnlich der der dritten Generati-
Um einen konventionellen Nach Optimierung der Press- on sein, bei der Aufteilung zwi-
und den Schwingarmaktuator zu werkzeuge und des Blankpress- schen innerem und äußeren
testen, wurde ein optisches Lauf- prozesses liegt die Linse – mit Code ist ein Trade-off zu wählen.
werk als Tester für 12- und für 3- weniger als 1 mm Durchmesser – Die Leistung der Signalverar-
cm-Discs mit zahlreichen Mess- nunmehr mit einer praxistaugli- beitung zeigt Bild 4 anhand ei-
möglichkeiten entwickelt. chen Formtoleranz von 18 nm nes Beispiels. Selbst die kurzen
RMS vor, und das DOE ist eben- sogenannten 2T-Symbole, die im
falls verfügbar. Das Licht, das die Kanalausgangssignal nur als ge-
Blauvioletter Halbleiterla-
Linse verlässt, weist einen Wel- ringfügige Signaländerungen zu
ser zum Auslesen der Daten
lenfrontfehler von ≤λ/30 auf. erkennen sind, werden hier feh-
Die Defektdichte innerhalb des lerfrei detektiert.
Schichtensystems der Laserdiode
Beschleunigungssensoren
konnte, wie gefordert, um etwa
drei Größenordnungen gesenkt
für den Laufwerksschutz Ausblick
werden (Bild 3 links). Die in der Für den Beschleunigungssensor Die Projektergebnisse werden
aktiven Zone im Zentrum der Wel- fiel die Entscheidung für ein hy- auf der IFA 2008 (29. August bis
lenleiterstruktur liegenden licht- brides Design aus einem MEMS- 3. September 2008) am Stand
erzeugenden Quantentröge ha- Chip (mikroelektromechanisches des BMWi präsentiert.
Bild 4. Beispiel eines Kanalausgangssignals und des zurückgewonnenen Original-NRZI-Signals nach
Bit-Detektion (min. Mark-Länge 60 nm, Laser-Leseleistung 2 mW)
2 x/2008 FKT
Sie können auch lesen
