摘要：未来信息领域的中心问题就是存储，只有存储容量的不断增大，才能满足信息社会高速发展的需要。现在世界各国，特别是发达国家对磁存储技术的发展极其重视。

　　未来信息领域的中心问题就是存储，只有存储容量的不断增大，才能满足信息社会高速发展的需要。现在世界各国，特别是发达国家对磁存储技术的发展极其重视。要提高磁信息存储容量，就必须不断减小用于记录信息的磁性颗粒的尺寸，但当尺寸减小到一定程度时，超顺磁效应就会影响到记录的磁信息的稳定性，所以必须开发新型高密度磁记录技术，本文简要介绍近年来硬磁盘技术的主要进展。
　　
　　一、信息的记录与读出过程
　　
　　在磁存储中信息的记录与读出原理是磁致电阻效应。磁致电阻磁头的核心是一片金属材料，其电阻随磁场变化而变化。磁头采用分离式设计，由感应磁头写，磁致电阻磁头读。
　　
　　1.1记录过程在硬磁盘中写入信息，采用的是感应式薄膜磁头，即用的是高磁感应强度的薄膜材料加平板印刷工艺的磁头结构。磁头缝隙小于0.1um，切向记录长度小于0.076um。磁头宽度较大，道间距也较大，道密度和位密度有很大差别，目的是为了使磁头场具有较大的均匀区，减小介质不均匀磁化带来的噪声。目前硬盘记录中的位间距已经很小，进一步增大记录密度，除提高材料性能外，主要是采用先进制造技术按比例缩小缝隙长度和磁道宽度。较窄的磁道和较小的缝隙将使记录磁场变小。此外，提高记录介质的各向异性常数，就能提高介质的矫顽力，改善高密度记录时的热稳定性。
　　
　　1.2读出过程读出过程采用巨磁电阻GMR（GianMagnetoResistance）磁头，包括磁性自旋阀（MagneticSpinValve）与磁性隧道结（MagneticTunnelJunction）结构。磁性自旋阀结构为三明治式，即在两个低矫顽力磁性层中间夹一个非磁性材料层。其中一个磁性层被另外一层反铁磁层（FeMn等）所固定，称为固定层，另一磁性层为自由层。磁性隧道结结构与磁性自旋阀相似，差别为有一层超薄的“绝缘”非磁性材料（AI203等）分割磁性自由层和固定层。在目前的各种高性能硬磁盘驱动器中，巨磁电阻磁头应用较广的是以电流方向在平面内的CIP（Current.In.Plane）型磁头，尤其是采用纳米氧化层的CIP.GMR薄膜，面记录密度可达200Gb／in2。进一步研制电流垂直于平面的巨磁电阻薄膜CPP—GMR。采用CPP.GMR磁头和垂直记录技术，可实现300Gb／in2的记录密度。
　　
　　隧道型磁电阻磁头TMR有望成为下一代高密度读出元件的一种磁头。2007年9月，美国Seagate公司采用隧道结磁头的第四代DB35系列产品，硬盘容量已达1TB。
　　
　　二、磁化状态的稳定性
　　
　　通常情况下磁化状态是很稳定的，但在超高密度记录条件下，状态的稳定性会出现问题。主要有：2.1提高记录密度，需保证足够高的信噪比sNR。信噪比sNR正比于N（N为每一记录位内的晶粒数），反比于Mrt（Mrt为面磁矩，其中Mr为介质剩余磁化强度，t为介质磁层厚度）。确保足够高的SNR，除降低Mr和t外，还要求足够数量的N，这就要求减小晶粒尺寸。而根据磁记录理论，晶粒尺寸小到一定程度，就会出现超顺磁现象（分子热运动干扰增强，改变集合体的磁矩取向，导致信息丢失）。因此对磁记录介质而言，存在着一定的超顺磁极限（或记录密度极限）。根据Arrhenius。Neel定律，晶粒的热衰减时间为：T=10.9exp（KuV／KT）。
　　
　　式中Ku和v分别为晶粒的单轴各向异性常数和晶粒的体积，K为波尔兹曼常数，T为温度。KuV／KT称之为能垒或稳定性常数。为了保证介质中晶粒磁化状态的稳定性，一般地T》109S。若取室温T=300K，介质的磁各向异性常数为105J／m3，得到最小晶粒尺寸D约等于10nm，记录位的最小尺寸约100nm，记录密度上限约65Gb／in2。
　　
　　2.2提高记录密度，需设法减小退磁场。根据磁性过渡理论，在相邻两反向磁化畴的界面会形成一定的磁化分布，这种分布会使过渡区内的介质退磁，即产生退磁场。记录密度越高，记录波长越短，记录位的退磁场越强，记录信号越不稳定。退磁场公式为Hd∝Mrt／Hc（Mrt为面磁矩，Mr为介质剩余磁化强度，t为介质磁层厚度，Hc为介质的矫顽力）。所以减小退磁场依赖于降低剩磁，减小膜厚和增大矫顽力。
　　
　　综上所述，高密度纵向磁记录介质的设计必须兼顾退磁场，信噪比和稳定性等诸多方面的因素。
　　
　　
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