Пристрої зберігання даних чекає велике майбутнє. При зміні використовуються сьогодні для запису на CD систем червоних лазерів на нанолазер, щільність запису зросте більш ніж в тисячу разів. Вже є технічні рішення, здатні забезпечити цей прорив, справа за розробкою стандартів. Дослідження в цьому напрямі ведуться в багатьох країнах, але останні серйозні досягнення пов'язані з іменами російських вчених.
нанолазер # 151; це напівпровідникові наногетероструктури, де приставка «нано» говорить тільки про розмір, нанометр дорівнює 10 -9 м. Сама гетероструктура # 151; це, по суті, монокристал, для створення якого використовуються два різних за своїм хімічним складом матеріалу: в напівпровідник вставлений чужорідний шар так, що межа між різними матеріалами є бездефектной (див. Рис.1). Саме це довгий час і вважалося неможливим. Йдеться про тих самих подвійних гетероструктурах, які були створені Жоресом Алферовим в 1963 році.
Мал. 1 Структура гомо- і гетеролазери
Подальший прогрес у розвитку напівпровідникових лазерів був пов'язаний з кванторазмернимі ефектами в тонких плівках, оскільки прогрес в зниженні ключового показника ефективності, порогового струму, фактично зупинився. Це обумовлено тим, що область потенційних носіїв заряду в вузькозонних шарі залишалася досить товстою. Однак, якщо цей шар зробити досить тонким, то електрон буде відчувати інтерференцію (взаємодіяти з іншими пучками електронів), подібно до світла на тонкій бензинової плівці. На практиці це призводить до збільшення потужності світлового потоку геторолазера, що створює можливість його використання в пристроях зберігання даних. Поява нових фізичних властивостей у нанолазер призводить до можливості запису на CD великих обсягів інформації.
Ринок пристроїв зберігання даних
Зростання ринку електроніки
Джерело: Strategies Unlimited
Нагадаємо, що на початку 80-х років для запису інформації на носії використовувалися лазери з довжиною хвилі 850 нм, що дозволяло записати близько 300 МБ інформації. Зараз використовуються червоні лазери з довжиною хвилі 650 нм і, звичайно, обсяг записуваної на носій інформації істотно виріс # 151; на звичайний CD-диск вміщується близько 650 МБ. Однак, використовуючи нанолазер, на той же диск розміром з CD можна записати більше 1 ТБ інформації, що становить більш як 1,5 тисячі CD-дисків з широко використовуваної зараз щільністю запису.
Як відомо, в сьогоднішніх серійних механічних накопичувачах інформації # 151; гнучкі і жорсткі магнітні диски, оптичні накопичувачі, магнітооптичні диски, стрічкові накопичувачі (стримери), зовнішні пристрої на основі жорстких компакт-дисків # 151; нанолазер ще не використовуються, але, мабуть, зміни не за горами. Це також безпосередньо пов'язане з очікуваним розвитком проекційного телебачення, нового покоління комп'ютерних ігор і різноманітних телекомунікаційних пристроїв.
Головна перешкода для випуску записуючих пристроїв на основі нанолазеров # 151; нерозробленість стандартів. Однак вже не перший рік існує міжнародний консорціум компаній, зацікавлений у вирішенні цього питання. Більш того, незважаючи на дорожнечу нанолазеров, вони вже випускаються і їх можна купити. Йдеться про лазерних пристроях на основі GaN (нітрид галію) з довжиною хвилі 410 нм. Їх виробляє японська компанія Nichia і коштують вони близько 2 # 150; 3 тисяч доларів за штуку. Це досить дорого і поки фахівці шукають шляхи дешевше.
Два підходу до збільшення щільності за менші гроші
Збільшувати щільність запису, крім використання нанолазеров, можна двома способами # 151; застосовувати більш ефективні напівпровідникові лазери або подвоювати хвилю червоних лазерів. Останній підхід до вирішення проблеми # 151; подвоєння хвилі # 151; добре себе показав при використанні, наприклад, NbLi (ніобат літію), де відбувається подвоєння хвилі з 980 до 470 нм. В цьому випадку ефективність роботи зростає на 70%.
У той же час, на протязі використання лазерів в записуючих пристроях перший підхід змінює другий, а потім його знову змінює перший # 151; спочатку був бум подвоєння частот, потім стали активно розвивати пристрої на основі нітриду, але, через деякий час, знову повернулися до подвоєння частот. Чергування підходів в першу чергу обумовлено комерційної віддачею від витрат на виробництво цих пристроїв.
По вертикалі ефективніше
Тим часом, промислові лазери на гетероструктурах поки залишаються «Полоскова» (див. Рис.2), тобто випромінювання в них відбувається паралельно площині поверхні (горизонтально). Незважаючи на хороші показники цих лазерів # 151; велику щільність потужності і доступність для отримання на різних підкладках, # 151; майбутнє записуючих пристроїв все ж за вертикальними лазерами (світло поширюється вертикально вгору, перпендикулярно площині). Фізика тут та ж сама, але відбивна здатність повинна бути значно вище. Ці лазери температурно стабільні, добре інтегруються, оскільки можуть бути дуже маленькими (до мікронних розмірів). Крім того, вони досить дешеві.
Вражає швидкість росту ринку таких лазерів, складова від 140% до 200% в рік. Але основною перевагою все ж є можливість створення на їх основі складних оптоелектронних інтегральних схем на одному кристалі, що, фактично, стане революцією. Практичні переваги використання пучків випромінювання нанолазер поки уявити досить складно.
Рис.2 Напівпровідникові лазери на гетероструктурах
Полоскова:
Світло поширюється по волноводному шару уздовж поверхні
Велика потужність (12 Вт, 100 мкм апертура). Велика щільність потужності (40 МВт / см 2). Домінують на ринку (телекомунікації, пр.).
вертикальні:
Світло виходить наверх
«Вертикальний лазер геометрично працює, як дешевий світловод, тільки з ідеальною якістю спектра, вузькою діаграмою спрямованості, високою ефективністю, # 151; каже Микола Льодяників, член-кореспондент РАН, головний науковий співробітник ФТІ ім. А.Ф.Иоффе РАН. # 151; Можна створювати матриці, можна багато лазерів ставити на цю пластину, адже фактично в лазерах ми переживаємо той дитячий період, коли працює одиночний дискретний прилад, а в транзисторах-то вже, пам'ятайте, працюють інтегральні схеми з щільністю упаковки до 108 елементів на чіп ». Однак вертикальні лазери поки комерційно доступні тільки на GaAs (арсенід галію).
Вже реалізований вертикальний лазер в ультрафіолетовому діапазоні, той самий, що потрібен для оптичного запису. Поки це оптичне накачування, але дуже обнадNжівающіе результати досягнуті при струмового (инжекционной) накачуванні. За словами Миколи Лєдєнцова, «це реалізація вертикального лазера на основі широкозонного матеріалу GaN, в який вставлені ряди щільних масивів дуже маленьких квантових точок InGaN».
Майбутнє нанолазеров: США, Європа чи Японія?
Джерело: Strategy Analytics
Джерело: Strategy Analytics
Але останнім часом ситуація зазнає істотні поліпшення, оскільки тільки на розвиток нанотехнологій в бюджеті ЄС виділено близько 1 млрд. Євро, а фінансування 6-й програми ЄС, спрямованої на розвиток технологічного суспільства, склало 1,7 млрд. Євро. У той же час лідером у виробництві нанолазеров залишається Японія, за якою з невеликим відривом йдуть США.
Примітно, що сучасні лідери ринку поки серйозно не розглядають нанолазер в якості нового рішення для пристроїв зберігання даних великої ємності. Зокрема, як повідомили CNews.ru в корпорації Sony, ні в одній з 1700 фірм, що входять в цей холдинг, розробки в сфері нанолазеров поки не ведуться.