硬盘磁记录介质的发展与展望

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1、万方数据罂坚罂型2型2：!量2蹬。缝：=：尘：：：臻氅竺鹜绘兰竺坠：竺：硬盘磁记录介质的发展与展望王辉，黄致新，张峰，刘敏(华中师范大学物理科学与技术学院，武汉430079)摘要：磁记录是当今信患社会不可或缺的信息记录方式。本文综述了磁记录的发晨历程，硬盘磁记录介质的研究状况以及最新进展情况，重点介绍了磁记录的几种主要形式及其发展所面临的困难，并对硬盘磁记录介质的发展前景进行了展望。关键词：磁记录介质；纵向磁记录；垂直磁记录；热辅助磁记录；超顺磁效应中图分类号：TM27文献标识码：A文章编号：1【)09—5624一(2006)03—0028一041前言随着计

2、算机和因特网技术的发展，人类已步人飞速发展的数字信息化时代，需要处理和保存大量数据和信息，这使得人们对信息存储的要求向着高密度、大容量、高速度、低成本和微小型化的方向发展，产品不断更新换代。磁记录介质具有性能可靠、使用方便、成本低廉、易于保存和重复使用等特点，从而成为当今信息社会必不可少的信息记录材料。2磁记录技术及其发展磁记录技术的发展并不漫长。1888年，美国人奥·史密斯(0berlinsmith)发表论文，认为磁性录音是可行的。1898年丹麦人普尔生(valdemarP0ulsen)将声音信号转变成电流，电流使电磁铁产生磁场，将钢丝连续磁化，然后再通过

3、电磁感应将信号读出来转换为声音⋯。后来他又发明了支流偏磁方式改进实验。由于普尔生对磁记录的特殊贡献，人们将其称之为“磁记录之父”。随后由于高分子材料的进步以及交流偏磁技术和环型磁头的发明，最终在20世纪30年代出现了磁带录音机。1947年，磁记录方式被使用于存储计算机数字信号。最早的硬盘是由IBM公司于1956年生产的收稿日期：2006—0I一10作者简介：黄致新(1962一)，男．博士、副教授，硪士生导师主要从事信息存储功能薄膜材料研究工作。28“IBM305RAMAC”，其记录密度只有几个I(b／in2，容量只有5MB，却由50个24英寸的磁盘组构成，体

4、积同普通沙发相差无几。但其后硬盘的面密度一直在不断地得到迅速提高。1991年随着磁阻磁头(MR)的使用，加上部分响应最大似然通道(PRML)技术的采用，硬盘记录密度的年增长率从40％增大到60％

5、2”。特别是在1988年，法国巴黎大学的研究小组首先在Fe／cr多层膜中发现了巨磁电阻(GMRJ效应，并在1997年IBM公司将其应用于硬盘之卜后，硬盘记录密度的年增长率更是增大到100％”’“。图1反映了磁记录密度不断提高的情况【6’。图1磁记录密度提高情况虽然硬盘的面密度一直在以惊人的速度提高，但是这期间采用溅射法加工成连续薄膜作为硬盘介质的历史只有20年。以薄

6、膜作为硬盘记录介质的阶段大致可必分为以下5个阶段：第1个阶段(1984～1994)是读、写头都为磁感应磁头的阶段，获取合适的记录介质以及提高硬盘的制万方数据信息记录材料2006年第7卷第3期记录与介质造技术是主要目标；第2个阶段(1990～2000)是采用了磁阻磁头(MR)技术，大大提高了磁头的灵敏性，降低了噪声，提高了信噪比(sNR)。不过信噪比的提高幅度仍有限；第3个阶段(1998～2002)是采用r巨磁阻(GMR)磁头技术，大大改善了信噪比，磁记录密度也迅猛提高⋯；第4个阶段是在2001年采用在记录层下加入稳定层、虚拟增加磁粒子体积的AFc(反铁磁性耦

7、合)介质步入了实用化阶段，在一定程度上缓解了超顺磁效应极限限制的问题”3；第5个阶段是当前正在热点研究并已初步实用化的技术，采用了有别于以往纵向磁记录介质，即垂直磁记录阶段。薄膜磁性材料一般具有显著的磁各向异性，根据薄膜的磁化择优方向，磁性记录方式可分为纵向磁记录LMR(hnf；itudinalMagneticRecording)和垂直磁记录PMR(PerpendicularMa驴eticRecordi“g)。3纵向磁记录(LMR)目前，商用的硬盘磁记录方式绝大部分仍然为纵向记录方式，即采用磁场的磁化方向与盘片表面平行的方式(图2)。纵向记录是薄膜沿膜面方向

8、表现出较高的剩余磁化。目前采用的主要是钻合金一类的金属高磁化材料。＼过渡区图2水平排列方式在纵向记录中，记录密度的提高，主要受两个方面的制约：一是数据存取速率依赖于记录位中的磁化方向的转换速度；二是随着记录密度的不断提高，记录位的线度也逐步趋进于超顺磁极限。存储面密度的提高，就意味着代表每个bit的磁记录位和组成它的磁粒的体积要相应减小，其所具有的能量自然随之下降，发展到一定程度之后，只需要很小的能量，比如室温下的热扰动就可以将磁粒翻转，磁记录位保存的数据就会被破坏，就无法再正确地读出，这就是所谓的“超顺磁性”效应(superpaTamagIleticEf-

9、fect)““。这就出现了面密度在1997年GMR磁