Page 130 - Spin Transport and Spintronics
P. 130
5.3 หัวอ่านข้อมูล 132
5.3 หัวอ่านข้อมูล
สังคมในปัจจุบันเป็นสังคมที่มีการใช้ฐานข้อมูลขนาดใหญ่ซึ่งมีอัตราการรับส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้น
อย่างรวดเร็ว โดยมีการประมาณการว่าในปี คศ 2022 ระบบเครือข่ายทั่วโลกจะมีอัตราการใช้ข้อมูล
เพิ่มสูงขี้นมากกว่า 32 ปีแรกนับตั้งแต่มีระบบเครือข่ายอินเตอร์เนต จากการเพิ่มของอัตราการการใช้
ข้อมูลดังกล่าวนำไปสู่การเพิ่มจำนวนของศูนย์การเก็บข้อมูลแบบคลาวด์ ดังนั้นในการแก้ปัญหาของการ
เพิ่มขึ้นของจำนวนศูนย์ข้อมูลแบบคลาวด์ซึ่งมีการเก็บข้อมูลเชิงแม่เหล็กด้วยฮาร์ดดิสไดร์ฟ จำเป็นต้อง
ทำการเพิ่มค่าความจุของข้อมูลต่อพิ้นที่ในฮาร์ดดิสไดร์ฟให้สูงขึ้น การพัฒนาประสิทธิภาพและเพิ่มค่า
ความจุข้อมูลของฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟให้มีค่ามากกว่า 2 Tb/in ด้วยเทคโนโลยีการบันทึกข้อมูลแบบต่างๆ
2
เข้ามาช่วยในการเขียนข้อมูล ได้แก่ HAMR MAMR และแผ่นบันทึกข้อมูลบิตแพทเทิร์น (bit patterned
media recording หรือ BPMR) จะทำให้สามารถเขียนและเพิ่มค่าความจุเชิงพื้นที่ในการบันทึกข้อมูล
ให้สูงขึ้น แต่พบว่าการปรับปรุงดังกล่าวนำไปสู่ปัญหาในกระบวนการอ่านสัญญาณของข้อมูล เซนเซอร์
หัวอ่านข้อมูลเป็นอุปกรณ์ส่วนหนึ่งในฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟที่มีความสำคัญ และการพัฒนาหัวอ่านข้อมูลเป็น
ส่วนสำคัญในการเพิ่มค่าความจุของข้อมูล อย่างไรก็ตามการออกแบบหัวอ่านข้อมูลซึ่งเป็นโครงสร้าง
วัสดุหลายชั้นกำลังถึงขีดจำกัดเนื่องจากขนาดที่เล็กลงของอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแนวโน้มการ
ออกแบบที่จะลดความหนาของชั้นฟิล์มแม่เหล็กที่ใช้ในการตรวจจับสัญญาณให้มีความหนาประมาณ 2
nm หรือน้อยกว่า จะทำให้หัวอ่านข้อมูลไม่มีเสถียรภาพทางความร้อนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของสัญญาณ
รบกวนในการอ่านข้อมูล ในหัวข้อนี้จะเน้นการทำความเข้าใจหลักการทำงานและส่วนประกอบของหัว
อ่านข้อมูล ก่อนที่จะนำไปสู่ขั้นตอนการพิจารณาการออกแบบหัวอ่านข้อมูลสำหรับหน่วยความจำต่างๆ
และอุปกรณ์สปินทรอนิกส์ในอนาคต ดังรายละเอียดต่อไปนี้
5.3.1 วิวัฒนาการและโครงสร้างของหัวอ่านข้อมูล
หัวอ่านข้อมูลเป็นส่วนประกอบหลักที่สำคัญของหน่วยความจำเชิงแม่เหล็กเช่น ฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ
และหน่วยความจำเข้าถึงแบบสุ่ม ทำหน้าที่ในการอ่านข้อมูลจากแผ่นบันทึกข้อมูล กระบวนการอ่าน
ข้อมูลของฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟอาศัยการเกิดปรากฏการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กจากการตรวจจับ
ทิศทางของแมกนีไทเซชันภายในบิตข้อมูลและแสดงค่าสัญญาณบิต 0 กับบิต 1 ในรูปแบบของค่า
สัญญาณทางไฟฟ้า โดยทั่วไปหัวอ่านข้อมูลฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลักๆ
ตามกลไกการเกิดปรากฏการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็ก ได้แก่หัวอ่านข้อมูลแบบ GMR ซึ่งเกิดจาก
ปรากฎการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กขนาดใหญ่ และหัวอ่านข้อมูลแบบ TMR ซึ่งอาศัยการเกิด
ปรากฎการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กแบบทะลุผ่าน หัวอ่านข้อมูลทั้งสองแบบประกอบด้วยชั้น
วัสดุที่ไม่มีความเป็นแม่เหล็กหรือชั้นสเปสเซอร์ ประกบด้วยวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรทั้งสองข้าง โดยหัวอ่าน
