电子信息材料报告

《电子信息材料》报告
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磁记录与磁存储材料
摘要:本文主要介绍磁记录材料的定义、物理机械性能、分类、制造工艺、记录形式、应用、发展趋势及磁存储材料的定义、磁性能与颗粒尺寸的关系、磁存储的状态、进展。

关键词:磁记录材料、磁存储材料
磁记录材料是指,利用磁特性和磁效应输入(写入)、记录、存储和输出(读出)声音、图像、数字等信息的磁性材料。

分为磁记录介质材料和磁头材料。

前者主要完成信息的记录和存储功能,后者主要完成信息的写入和读出功能。

磁记录材料的物理机械性能主要有:剩余磁感应强度Br,指材料达到饱和磁化,然后取消磁化场强所残留的磁感应强度,简称剩磁、Br高,材料的灵敏度高,输出信号大、矫顽力Hc,指消除材料剩磁所需要的磁场强度,Ｈc越高,越有利于高频记录,以消磁不困难为限、矩形比,指最大剩余磁感应强度Brm与饱和磁感应强度Bm的比值,即Ｂrm/Bm,它表明材料的矩形性。

比值大,可望获得宽频响的记录、再次是电性能,其指标依据应用场合而异。

声频记录的电性能指标有最佳偏磁、灵敏度、频响、失真率、信噪比、最大输出电平、复印效应、消磁程度等。

磁记录材料按形态分为颗粒状和连续薄膜材料两类,按性质又分为金属材料和非金属材料。

广泛使用的磁记录介质是γ－Ｆe2O3系材料,此外还有
CrO2系、Fe－Ｃo系和Co—Cｒ系材料等、磁头材料主要有Ｍn—Zn系和N ｉ-Ｚn系铁氧体、Fｅ-Al系、Nｉ-Fe—Ｎb系及Ｆe—Al—Si系合金材料等、磁记录材料的制造主要分为两种:一是将磁浆(主要成分是磁粉、粘合剂、各种添加剂和有机溶剂等)均匀涂布在聚酯或金属支持体上,制成涂布型不连
续材料,又称涂布型薄膜材料。

这是一类产量最大、用途最广、技术最成熟的磁记录材料,如录音磁带、录像磁带等、二是将磁性材料用真空镀膜技术直截了当蒸镀在支持体上制成的薄膜连续材料,又称连续薄膜材料,如８0年代初出现的微型镀膜磁带。

磁记录材料的记录形式分为纵向、横向和垂直记录三种。

纵向磁记录材料,记录在磁层表面上的信号磁化方向与记录材料运动方向一致,如录音磁带等。

横向磁记录材料,记录在磁层表面上的信号磁化方向与记录材料运动方向垂直或接近于垂直,如录像磁带等。

垂直磁记录材料,记录在磁层表面上的信号磁化方向与记录材料表面垂直,如磁光盘等。

在物理学中将这些产品称为磁记录介质(只认为磁粉是磁记录材料)。

在这些产品的消费结构中,以录音磁带所占的比例最大(见表)。

磁记录具有记录密度高,稳定可靠,可反复使用,时间基准可变,可记录的频率范围宽,信息写入、读出速度快等特点。

广泛应用于广播、电影、电视、教育、医疗、自动控制、地质勘探、电子计算技术、军事、航天及日常生活等方面。

磁记录材料发展到现在,记录波长从最初的1０0０μm 缩短到1μｍ以下,Hc从１02Oｅ提高到１0３Oｅ以上,使用最广泛的材料有氧化物磁粉(主要有γ－Fe2O3、ＣrO2和包钴磁粉)和合金磁粉、近20年来,主要从以下三个途径提高材料性能以满足高密度记录要求:①寻求提高磁各向异性,如采纳超微粒、高轴比的针状磁粉,CrO2和包钴磁粉以及Hc>1０00Oe的合金磁粉等新材料。

②减薄磁层和改进涂布技术,提高Hc,实现高密度记录。

常采纳除去氧和省去粘合剂两种方法、前者是以金属粉取代氧化物,后者是做成薄膜、合金薄膜是这两种方法并用的结果。

③从记录原理和记录模式上作根本的改进。

目前,通用的纵向记录当密度增高时,所产生的退磁场能使信号减小,并产生垂直分量,通过提高Hｃ和减薄磁层的方法虽可克服这一缺点,但有一定的限度。

因此出现了垂直记录材料,它所产生的退磁场,随着密度的增加反而趋向于零、同时垂直记录不需特别高的Hc和特别薄的材料。

有效地克服了纵向记录在高密度记录时的致命弱点。

垂直记录要求材料具有垂直磁层表面的单轴各向异性。

１９75年以来,日本岩畸俊一研制成功的Ｃo－Cｒ垂直膜及以后的Co—Cr和Ni －Fe双层膜,都是能习惯垂直记录的新型材料。

1977年岩畸俊一公布了线密度
高达每厘米7、9千位(每英寸20千位)的成果,而硬盘的线密度至今才只是每厘米 5、9千位(每英寸1５千位)、日本东芝公司已制造出8。

9cｍ(3。

5in)垂直软磁盘,最近还开发了钡铁氧体垂直磁化录像磁带,所用磁粉为六角板状
钡铁氧体超微粒子,记录密度比普通录像带高2倍,特别在短波长记录方面,其特性比金属磁带更为优良。

垂直磁记录及新型的垂直磁记录材料在今后的高密度记录中将有广阔的发展前景。

磁存储材料是指利用矩形磁滞回线或磁矩的变化来存储信息的一类磁性
材料。

磁性材料的特点是对外加磁场特别敏感、磁化强度M大。

目前被广泛使用的磁记录介质是颗粒制成的,它是由磁粉、少量添加剂和非磁性胶黏剂等形成的磁浆涂布与聚酯薄膜(又称涤纶基体)上制成的。

磁粉特性和尺寸等因素对磁存储介质的特性有重要影响,其主要参数有磁粉的本征矫顽力、饱和磁化强度、磁粉颗粒的形状和尺寸、磁粉的易磁化方向、磁粉结晶的完整性。

磁存储介质要求磁粉必须控制磁层厚度、剩余磁感强度、磁层的表面光洁度和均匀性、矫顽力。

关于铁磁晶体来说,当颗粒尺寸缩小到某一值时,整个晶体以一个单畴结
构您在,此时能量最低,这个尺寸被成为临界尺寸。

当颗粒大于临界尺寸是,晶体包含多个畴,小于临界尺寸时则以单畴结构存在,因此临界尺寸是铁磁体成
为单畴结构的最大尺寸、不同材料因其磁性不同,临界尺寸也不同。

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,
因此必须开发新型高密度磁记录技术。

通常情况下磁化状态是特别稳定的,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:一是提高记录密度,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、而依照磁记录理论,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)、依照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〉>1 09S。

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、
二是提高记录密度,需设法减小退磁场。

依照磁性过渡理论,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)。

因此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。

图案化磁信息存储介质该技术为克服超顺磁极限、提高磁记录介质记录密度的一种有效途径。

在这种技术中,介质是由非磁母体隔离的纳米级岛状单畴磁性斑点阵列组成,每位信息存储在一个单畴磁斑上,即存储数据的信息位恰如相互相互独立的“点”,如此就减少了相互间的干扰和数据信息位损坏的危险,大大提高了记录信息的温度稳定性。

近年来随着纳米制造技术的发展,提出了多种制备图案化介质的方法,如光刻法(Lｉthogｒaphｙ),聚焦离子束法(Fｏｃｕsｅd Iｏn Ｂｅａm)等。

这种技术的实施,可望将磁信息存储密度提高到１Ｔｂ／in2以上,但目前还有一些问题需要解决。

参考文献:
《磁记录理论》伯纯复旦大学出版社
《信息材料》雷智张静全国防工业出版社。