4_第四章_信息存储材料

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1、2021/9/41第四章信息存储材料2021/9/42信息存储材料是指用于各种存储器的一些能够用来记录和存储信息的材料。这类材料在一定强度的外场（如光、电、磁或热等）作用下会发生从某种状态到另一个状态的突变，并能使变化后的状态保持比较长的时间，而且材料的某些物理性质在状态变化前后有很大差别。通过测量存储材料状态变化前后的这些物理性质，数字存储系统就能区别材料的这两种不同状态并用“0”和“1”来表示他们，从而实现存储。2021/9/43计算机存储器系统外存的特点：容量大、单位容量成本低、非易失性、寻址和访问速度慢、存储体可更换等。计算

2、机存储系统内存、cache外存磁存储器光存储器磁盘磁带软磁盘硬磁盘其他磁盘存储器CDDVDDVD-R….VCDCD-R….半导体存储器Flash电子盘2021/9/44磁存储材料半导体存储器材料光存储材料2021/9/45一、磁存储材料1.1磁存储原理磁化曲线和磁滞回线磁存储密度D与磁存储材料的关系：其中，h为磁性薄膜的厚度，Hc为矫顽力，Mr为剩余磁化强度，m为与磁滞回线的磁形度有关的因子。2021/9/46水平存储示意图磁存储的模式主要分为两种：水平（纵向）存储模式、垂直存储模式2021/9/471.2磁存储系统磁存储系统组成：

3、磁头（换能器）、记录介质（存储介质）、匹配的电路和伺服机械（传送介质装置）。磁头是磁存储的核心部件之一，按其功能可分为记录磁头、重放磁头和消磁磁头三种。记录磁头：将输入的记录信号电流转变为磁头缝隙处的记录磁化场，并感应磁存储介质产生相应变化。重放磁头：当磁头经过磁介质时，磁存储介质的磁化区域会在磁头导线上产生相应的电流，即把已记录信号的存储介质磁层表露磁场转化为线圈两端的电压，经电路放大和处理，获得信号。消磁磁头：将信息从磁存储介质上抹去，使磁层从磁化状态返回到退磁状态。2021/9/48磁记录/重放过程示意图2021/9/49细看

4、硬盘内部结构2021/9/410硬盘磁头及附属组件2021/9/411磁头组件。这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部份组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接触式头、盘结构，加电后在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.1～0.3μm，这样可以获得很好的数据传输率。现在转速为7200RPM的硬盘飞高一般都低于0.3μm，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输率的可靠性。2021/9/4121.2磁存储材料铁磁性物质分为：软磁性材料矫顽力

5、低、磁导率高、磁滞损耗低、易磁化、易退磁用于磁头磁芯材料，包括软铁磁性合金材料和软铁磁性铁氧体材料。硬磁性材料矫顽力高、磁导率低、磁滞特性显著用于磁记录介质材料，包括磁带、硬磁盘、软磁盘、磁卡片等，可以为磁粉（颗粒）涂布型介质或者连续薄膜型介质。2021/9/413A磁头材料磁头基本功能是与磁存储介质构成磁性回路，对信息进行加工，包括记录、重放、消磁等功能。按工作原理可分为磁阻式磁头和磁感应式磁头。（1）磁阻式磁头磁性材料的电阻随着磁化状态而改变的现象称为磁阻效应。用于磁电阻读出的磁性材料，应具有最小的磁致伸缩系数。优点：灵敏度高、

6、分辨率高、输出与磁带速度无关。缺点：需要足够大的电流或偏置磁场才能驱动，且没有记录功能2021/9/414（2）磁感应式磁头磁性合金最早应用磁头用磁性合金叠成。最重要三种合金是钼坡莫（钼铁镍）合金、铝铁合金、铝硅铁合金。非晶态合金铁基非晶态合金，适于作视频磁头材料钴基非晶态合金，磁导率高、居里温度高铁氧体镍锌铁氧体，成分(NiO)x(ZnO)1-x(Fe2O3)锰锌铁氧体，成分(MgO)x(ZnO)1-x(Fe2O3)薄膜磁头材料由镍铁合金制成，含80％Ni＋20％铁。可以采用真空蒸发、溅射和电解工艺来制作。2021/9/415B磁

7、带、磁盘存储材料磁带优点：价格便宜、数据载体可以更换、存储容量可以随意扩充缺点：只能按顺序存取结构：主要由磁性材料、带基、黏结剂和添加剂组成。材料：磁性材料有磁性粉末材料和磁性薄膜材料两种带基选用聚氯乙稀和聚酯薄膜等材料2021/9/416硬磁盘技术的进展时间19921995199820002003储存容量(GB)0.60.95-1010>50储存密度(Gb/in2)0.10.84620数据率(Mb/s)16100150350500存取时间(ms)30201065磁介质材料：磁性氧化物（氧化铁）涂在塑料和金属薄片上（70’），超细磁

8、性氧化物粉末及磁性氧化物薄膜（80’），连续磁性介质CoCrPt,CoCrTa薄膜（90’），CoSm,Fe/Pt,Fe/Cr,Co/Cu多层膜。磁盘2021/9/417材料种类性能饱和磁矩emu/g居里温度℃磁晶各向异性常数erg/