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得定义、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得定义、磁性能与颗粒尺寸得关系、磁存储得状态、进展、

　关键词 : 磁记录材料、磁存储材料

　磁记录材料就是指,利用磁特性与磁效应输入(写入)、记录、存储与输出(读出)声音、图像、数字等信息得磁性材料。分为磁记录介质材料与磁头材料。前者主要完成信息得记录与存储功能,后者主要完成信息得写入与读出功能。

　磁记录材料得物理机械性能主要有:剩余磁感应强度 Bｒ,指材料达到饱与磁化,然后取消磁化场强所残留得磁感应强度,简称剩磁、Bｒ高,材料得灵敏度高,输出信号大。矫顽力 Hc,指消除材料剩磁所需要得磁场强度,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 与饱与磁感应强度 Bｍ得比值,即Ｂrm/Bm,它表明材料得矩形性。比值大,可望获得宽频响得记录。再次就是电性能,其指标依据应用场合而异、声频记录得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与连续薄膜材料两类,按性质又分为金属材料与非金属材料。广泛使用得磁记录介质就是γ-Fe2Ｏ3 系材料,此外还有CrO2 系、Fe-Ｃｏ系与 Co—Cｒ系材料等。磁头材料主要有 Mｎ-Zｎ系与Ｎi－Ｚn 系铁氧体 、Fe－Aｌ系、Ni－Fｅ－Nb 系及 Fe－Al－Ｓi 系合金材料等。

　磁记录材料得制造主要分为两种:一就是将磁浆(主要成分就是磁粉、粘合剂、各种添加剂与有机溶剂等)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、这就是一类产量最大、用途最广、技术最成熟得磁记录材料,如录音磁带、录像磁带等。二就是将磁性材料用真空镀膜技术直接蒸镀在支持体上制成得薄膜连续材料,又称连续薄膜材料,如 8０年代初出现得微型镀膜磁带。

　磁记录材料得记录形式分为纵向、横向与垂直记录三种。纵向磁记录材料,记录在磁层表面上得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,记录在磁层表面上得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,记录在磁层表面上得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(只认为磁粉就是磁记录材料)、在这些产品得消费结构中,以录音磁带所占得比例最大(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,可记录得频率范围宽,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,记录波长从最初得１000μｍ 缩短到 1μm 以下,Ｈc 从 10２Oe 提高到 1０3Oe 以上,使用最广泛得材料有氧化物磁粉(主要有γ—Fe2Ｏ3、CrO2 与包钴磁粉)与合金磁粉。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,如采用超微粒、高轴比得针状磁粉,CrＯ2 与包钴磁粉以及 Hc＞1００0Oe 得合金磁粉等新材料。②减薄磁层与改进涂布技术,提高Ｈc,实现高密度记录。常采用除去氧与省去粘合剂两种办法。前者就是以金属粉取代氧化物,后者就是做成薄膜。合金薄膜就是这两种方法并用得结果、③从记录原理与记录模式上作根本得改进。目前,通用得纵向记录当密度增高时,所产生得退磁场能使信号减小,并产生垂直分量,通过提高Ｈc 与减薄磁层得方法虽可克服这一缺点,但有一定得限度。因此出现了垂直记录材料,它所产生得退磁场,随着密度得增加反而趋向于零。并且垂直记录不需很高得 Hc 与很薄得材料。有效地克服了纵向记录在高密度记录时得致命弱点。垂直记录要求材料具有垂直磁层表面得单轴各向异性。19７５年以来,日本岩畸俊一研制成功得 Cｏ—Cr 垂直膜及以后得Ｃｏ-Cr 与Ni-Fe 双层膜,都就是能适应垂直记录得新型材料。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)得成果,而硬盘得线密度至今才不过每厘米 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、垂直磁记录及新型得垂直磁记录材料在今后得高密度记录中将有广阔得发展前景。

　磁存储材料就是指利用矩形磁滞回线或磁矩得变化来存储信息得一类磁性材料。磁性材料得特点就是对外加磁场特别敏感、磁化强度 M 大、 目前被广泛使用得磁记录介质就是颗粒制成得,它就是由磁粉、少量添加剂与非磁性胶黏剂等形成得磁浆涂布与聚酯薄膜(又称涤纶基体)上制成得、磁粉特性与尺寸等因素对 磁存储介质得特性有重要影响,其主要参数有磁粉得本征矫顽力、饱与磁化强度、磁粉颗粒得形状与尺寸、磁粉得易磁化方向、磁粉结晶得完整性、磁存储介质要求磁粉必须控制磁层厚度、剩余磁感强度、磁层得表面光洁度与均匀性、矫顽力。

　对于铁磁晶体来说,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就是,晶体包含多个畴,小于临界尺寸时则以单畴结构存在,所以临界尺寸就是铁磁体成为单畴结构得最大尺寸。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得磁性颗粒得尺寸,但当尺寸减小到一定程度时,超顺磁效应就会影响到记录得磁信息得稳定性,所以必须开发新型高密度磁记录技术、 通常情况下磁化状态就是很稳定得,但在超高密度记录条件下,状态得稳定性会出现问题。主要有:一就是提高记录密度,需保证足够高得信噪比 sNR、信噪比 sＮＲ正比于Ｎ (N 为每一记录位内得晶粒数),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)。确保足够高得 SＮR,除降低 Mｒ与 t 外,还要求足够数量得 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,改变集合体得磁矩取向,导致信息丢失)。因此对磁记录介质而言,存在着一定得超顺磁极限(或记录密度极限)。根据Ａrrhｅniｕs。Neel 定律,晶粒得热衰

　减时间为: T=10.９exp(ＫuV/KT)。

　式中 Ku 与 v 分别为晶粒得单轴各向异性常数与晶粒得体积,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得稳定性,一般地 T〉＞1 0９S。若取室温 T=３00K,介质得磁各向异性常数为10５J/m3,得到最小晶粒尺寸D约等于10ｎm,记录位得最小尺寸约100nm,记录密度上限约 65Gｂ/ｉｎ２。

　二就是提高记录密度,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得界面会形成一定得磁化分布,这种分布会使过渡区内得介质退磁,即产生退磁场。记录密度越高,记录波长越短,记录位得退磁场越强,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为介质得矫顽力)。所以减小退磁场依赖于降低剩磁,减小膜厚与增大矫顽力、 综上所述,高密度纵向磁记录介质得设计必须兼顾退磁场,信噪比与稳定性等诸多方面得因素。

　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得一种有效途径、在这种技术中,介质就是由非磁母体隔离得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,即存储数据得信息位恰如彼此相互独立得“点" ,这样就减少了相互间得干扰与数据信息位损坏得危险,大大提高了记录信息得温度稳定性。近年来随着纳米制造技术得发展,提出了多种制备图案化介质得方法,如光刻法(Ｌiｔhoｇｒapｈy),聚焦离子束法(Focｕsｅｄ Iｏn Beam)等。这种技术得实施,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

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