磁记录与磁记录相关的材料

磁记录材料的热稳定性
磁记录材料的热稳定性有每个磁性颗粒决定
比特的基本组成单位是磁性颗粒
每个磁性颗粒的热稳定性与本身的性能和其尺寸 有关 超顺磁极限
热稳定性制约着存储密度的提高
平行磁记录
每个磁矩平行于介质 表面。
环形感应写头，靠芯 的缝隙处的磁通来写 入数据
平行磁记录介质
介质材料 CoPtCrB 两层结构，通过ＲＲＫＹ交换耦合来提高稳定性
获得有序相的方法：
1)后续退火 2)在溅射中给基片加热，加热温度为700ºC。 比较： 后续退火需要更高的温度使薄膜充分有序化 在薄膜沉积过程中给基片加热的方法，可以使薄膜在较地 的温度下有序化，而且可以减少工序。
FePt薄膜的结构、取向与有序度分析
(111)面 四度对称,且与MgO的(111)
FePt薄膜的磁特性
无序态为软铁磁，易轴在平面内。 有序态的FePt 薄膜为硬磁材料，且具有非
常大的磁晶各向异性，易轴沿[001]方向。 如果能够制备(001)取向的FePt薄膜则可以得
到非常大的垂直各向异性，可用于垂直磁 记录。 (001) 取向的获得 (001)织构、外延薄膜
(001)FePt薄膜的制备
基片处理：在溅射前对基片进行加热去气处理。
外延生长
基片的选取：考虑晶格匹配
FePt：a=b=3.85Å
MgO: a=b=4.212Å
减小晶格失配 种子层的选取： Cr：a=b=c=4.115Å Pt： a=b=c=3.92
Pt
5nm
FePt 50nm
Pt
5nm
Cr
3nm
MgO
保护层防止氧化
(001)FePt薄膜的制备
峰出现在同样的角度,说明很好的外
(001)
延生长
(002)
FePt有很好的（001）取向 常温下制备的FePt为无序的FCC 700ºC下制备的为FCT有序相
FePt薄膜的结构与磁性与基片
随基片温度的升高 (001)峰强度增大, 经过分析, 发现薄 膜的有序度随基片 温度升高而增大, 薄膜的晶格常数 c 则随基片温度的升 高而减小。 相应的，薄膜的磁 性能也随基片温度 的改变而发生很大 改变，易轴的方向 随着温度的升高从 膜面内转到垂直膜 面。
目前，多用数字记录。
磁记录的发展
第一个硬盘 用于IBM 305 RAMAC 1956年，50张24英寸的盘片， 存储量仅为5M 比特，一个月租金为$3,200 ，相当于$160,000的销 售价格。 2004年, Toshiba 生产的0.85英寸的硬盘, 能储存4G。
磁记录的发展
?
Toshiba
垂直磁记录
▪每个比特的磁矩都是 垂直于介质表面。
▪介质下有个软铁磁底 层。
▪写头为单极头
垂直磁记录的优越性
垂直磁记录比平行磁记录有更高的记录面 密度上限。 平行：100-200GB/in2 垂直：理论预测：10TB/in2 记录方法的优越性: 1) 由于退极化场小，垂直记录可以用更大 的介质厚度. 2)单极写头通过软铁磁底层的产生两倍于 平行磁记录磁头产生磁场，因而可以用更 高磁各向性的材料为介质。 3)软铁磁底层使垂直记录介质中的信号强 度高于同等的平行记录介质，因而垂直记 录介质读取的信噪比相对较高。 4) 垂直记录介质的磁轨边界更清晰，噪声 更小。锐的磁轨边界可以得到更高的磁轨 密度以及更小的比特尺寸，从而有利于进 一步提高储存面密度。
模拟记录和数字记录
按照信息记录的方式，磁记录可以分为连续的模拟式记录 （如录音和录像）和分立的数字式记录（如计算机记录数 字）两种。 模拟磁记录是将信息转化为连续的电信号，在将电信号 对应为磁信号，存入记录介质中。主要要求磁记录材料的 剩余磁化强度和输入信号成正比，以保证被记录信号和输 入信号之间有较好的线性关系 数字磁记录将信息数字化，转化为二进制数字信号而被存 入介质中。记录后，磁记录材料只有+Mr和−Mr两个剩磁 状态，这时记录信号和输入信号的线性关系并不重要。
磁记录与磁记录材料
什么是磁记录
一种利用电和磁的方法将可转换为电信号的信息输入、记 录和存储于强磁性介质内，并又能从其中取出和重现该信 息的过程。此种信息可以是声音、图像、数字或其他可转 换为电信号的信息，故磁记录技术可应用于录音、录像、 记录数字和其他信息等
最早的磁录音开始于19世纪末，到20世纪40年代磁录音技 术才逐渐成熟，有了较广的实际应用。50年代以后磁记录 又应用到电子计算机和电视技术，以及人造卫星和宇宙飞 船的信息记录和传送，应用领域不断扩大。
过去二十年内, 硬盘的存储密度飞速提高, 每个比特的 价格不断下降。
磁头臂组合
硬盘的结构
磁头臂
读写头
主轴
拼盘
磁道
硬盘中的磁性材料: 1)磁记录介质 (盘片) 2) 写头 (高磁极化率的软磁材料） 3) 读头 (包括GMR器件以及辅助器件)
磁记录介质材料的要求
对于磁记录介质的主要要求是：高的矫顽力Hc，以提高存 储信息的密度和抗干扰性；适当高的饱和磁化强度4πMs, 以提高输出信息强度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr为剩余磁化强度
),以提高信息记录效率和减小自退磁效应;陡直的磁滞回 线,以提高记存信息分辨率；低的磁性温度系数和老化效 应，以提高稳定性；对于垂直磁记录材料，还需要高的垂 直膜面的单轴磁各向异性ku。
磁记录介质
磁记录介质为晶化了的薄膜，最小的记录单元叫比特, 一个比特由几十个纳米颗粒组成。
硬盘片的基本结构
信息高密度地存储在硬盘片 内
FePt 的晶体结构
无序的FCC结构
有序的FCT结构
c-axis
退火
Fe atom
Pt atom
XRD
FCC结构 只出现基本的衍射峰
(111Fra Baidu bibliotek, (200), ...
Ku: ~7x107erg/cc
FCT结构 基本的衍射峰 和 超晶格衍射峰 (111), (200), (002), ...; (001), (110), ...
并非连续,有很多磁轨,每个 磁轨上又分有许多的区域。
同一区域内，晶粒的磁矩同 向排列形成一个记录比特 (bit).
磁记录密度： 磁轨密度 线密度或记录密度 面密度=轨道密度×线密度
磁记录介质的读写
每个比特的数据被转化为矩形波形的电流-写入电流, 输 入写头,从而产生在介质与磁头的间隙间产生相应磁场。 通过改变电流的方向，可以把数据写入介质。 在读的时候，读头感受不同比特的附近的磁场，将其转 化为电信号，从而将相应的数据读出。