关于CoNi多层薄膜的制备以及磁性能概述

关于CoNi多层薄膜的制备以及磁性能概述

在当今时代中的众多的信息存储技术里，磁记录技术是最主要的大容量存储技术。因此，为了增加信息存储容量，满足新时代大信息存储容量的需求，就必须增加硬盘的信息存储密度。在保证输出信噪比一定的条件下，记录密度的提高就意味着每个记录位及磁性晶粒体积的减小，为了克服小颗粒时出现的“超顺磁效应”，就需要使用高磁晶各向异性材料作为记录介质，这又会导致信息写入困难，这是目前所面临的三难问题：即磁头的写入能力、热稳定性、信噪比之间的关系。交换耦合介质是解决这个问题的有效方法，其由高磁晶各向异性的硬磁层和软磁层构成通过改变硬/软磁层间的交换耦合作用的强弱使记录介质的写入场得到调整，而介质仍然保持了硬磁层高各向异性和热稳定性的优点。通过磁控溅射沉积CoNi多层膜样品，对其磁学性能进行表征得出样品VSM图像，验证其在磁学器件运用中的指导意义。

关键词：CoNic多层膜；磁控溅射；磁记录

随着社会科技的进步与发展，导致了生活中信息量的急剧膨胀，即要求信息存储系统的容量走向越来越大的发展趋势。同时随着网络时代的到来，各种多媒体的发展以及科学技术的应用加速了存储市场的增长趋势。在未来，互联网即将伴随并发展物联网，随着物品网络发展的进一步推广，更加加速了日常生活中以及社会科技发展对高存储量的需求。

1.1 存储技术的发展

在当今，存储技术和系统主要以三种形式存在：（1）光储存，如CD光盘和DVD光盘；（2）磁储存：如软盘和硬盘，磁带等；（3）电储存：如固态硬盘，半导体闪存等。每一种存储技术都有自己的优势及应用的市场。固态存储因其具有高的存储速度和压缩尺寸，主要应用在基本存储器方面。磁存储和光存储是主要是作为计算机的存储设备来使用。相比三种主要的存储方式而言，磁存储较二者而言具有以下特点：成本低，记录密度高，稳定性好等。因此与前两者相比，因为磁存储的三个优势，在存储市场份额中磁储存占据了大部分的比例。随着科技的发展，硬盘数据记录面密度仅以每年30 %-40 %的增长速度持续增加。由此得知：磁存储技术依旧是近年来主要发展和完善的领域，具有极高的科研开发价值和技术应用价值。

1.2 硬盘驱动器相关介绍

硬盘驱动器(HDD)作为存储数据的重要设备，在信息存储的领域中扮演着不可获取的作用。当代社会中硬盘驱动器趋向于像更大存储量及更小硬盘尺寸发展，这样的发展趋势不断鞭策着工业中硬盘存储走向更高面密度化的发展。在2000年，作为硬盘工业发展的重要时期，磁存储记录方式为水平记录。磁存储的记录层是由一薄层磁性颗粒状薄膜所构成，薄膜由纳米尺度的、分隔开的单畴颗粒组成，每一个记录字节都由许多这种颗粒构成，颗粒的易磁化轴在薄膜面内。在这几年中，存储密度的年增长率为60 %-100 %。

2006年，在硬盘驱动器的产品的应用领域中垂直磁记录技术代替了水平磁记录技术，垂直记录介质与水平磁记录介质区别在于垂直记录介质中磁性颗粒的易磁化轴垂直于膜面。近几年来，由于超顺磁性的限制，硬盘存储密度的增长率有所减小。为了保持信息存储密度的增长，在不断减小存储信息颗粒尺寸的同，用具有高的磁晶各向异性的材料可以保证热稳定性。

硬盘驱动器作为磁存储信息的重要媒介，其重要组成部分为：写读头(Head)，

储存介质(Disk Media)，促动器(Actuator)，主轴马达(Spindle Motor)及其他部件。如图1.1所示：

（a）（b）

图1.1硬盘驱动器结构

如图所示，位于盘片上的存储介质，其作用为记录信息。写读头所具有的两种功能即读取信息与写入信息。硬盘驱动器的主要工作机理是：在主轴马达的驱动下，盘片进行旋转从而促动器在盘片半径方向上进行移动，这样就能够将磁头在盘片中移动所划过的任意部分进行信息的读写，完成信息的读取与录入。

硬盘驱动器还包括位于印制电路板中的一系列电路。这些电路是控制系统对硬盘驱动器的进行操作的桥梁。无论是作为控制系统的计算机还是其他部件在使用硬盘驱动器，进行信息读写功能时，通过这些电路就可以做到控制硬盘的转动、接收或传递所需要的信息。

通常情况下，为了提升信息的存储容量，单个硬盘驱动器中会放置多个盘片从而在总和信息储存量上得到提升。在硬盘驱动器中,盘片的两侧都会用来储存信息，进而提升存储容量。数据存储位置位于盘片上面的圆形的磁道上。磁道密度即沿盘片半径方向一定长度内的磁道数目，单位为磁道数每英寸(TPI)。储存在盘片上面单位面积内的字节数目叫做面密度(Areal density )，通常表示为字节数每平方英寸bpsi)，面密度是由磁道密度和线性密度的乘积确定的。线性密度则代表着在磁道方向上，单位长度内储存的字节数，单位为字节数每毫米(bits/mm)或者字节每英寸(bits/in)。扇区则是指代已经在磁道上有确定编排的区域，是磁盘上的每个磁道被等分的若干个弧段。而作为磁盘中的第一个扇区，称为引导扇区。

存储信息以及读写信息的实现都是在扇区中完成。在信息读写的过程中，作为控制系统的计算机的中央处理器会发出命令，磁头会根据指令移动到期望的扇

区，进而完成信息的读写。在由多个盘片构成的盘组中，由处于同一半径的磁道组成的一个圆柱面叫做柱面(Cylinder)。其结构如图1.2所示：

图1.2硬盘的内部构成

1.3 硬盘读写技术的变革历史

磁头作为硬盘读写技术的关键也是核心部分，其位置如图1所示。磁头在磁盘驱动器中是一个很小的器件，在硬盘中，所有的信息读写操作都是通过磁头来完成。因此在很多情况下，硬盘读写技术的变革即意味着磁头的更新换代。磁头技术的发展随着时间的推移经历了巨大的变化。在硬盘读写技术发展的初期，大多数进行硬盘读写的磁头为电感磁头。其工作原理是：磁头作为一个电磁转换器,将带电的线圈缠绕在铁磁材料周围，进而在铁磁材料的两端产生磁场。对于铁磁材料两级所产生的磁场的极向以及磁场大小，可通过导线中的带电电流的电流大小以及电流方向来控制。材料中两极产生的磁场可以改变记录介质中磁矩的极化方向，进而完成所需信息的读写。随着对存储密度的追求，要求字节密度增加，字节单元减小。与此同时，为降低介质的噪音，记录介质的厚度与剩余磁化强度的乘积必然也要减小。这些要求削弱了电感磁头中由介质产生的磁通，导致磁头的读写信号变小。

随着传感器的发展，将先进的传感器技术应用到了磁头的设计上，从而很好的解决了这个问题。新硬盘驱动器中的磁头具有两个单元，包含用于读取信息的传感器，与用于写入信息的电感头。我们将这种同时具有传感器与电感头的新型磁头称为整合磁头。整合磁头与传统的电感磁头最大的区别在于：整合磁头进行读写信息数据是是分为两个部分进行，即传感器负责获取信息，电感头进行数据写入。而传统磁头则是电感头全权承担读写任务。整合磁头其中广为人知的便是AMR整合磁头与GMR整合磁头。即获取信息的传感器为AMR传感器与GMR