高密度垂直磁记录最新研究成果
高密度电法对垂向目标体勘探效果比较
2008年4月 物 探 装 备第18卷 第2期重磁电技术高密度电法对垂向目标体勘探效果比较王怀坤3 肖宏跃(成都理工大学信息工程学院,四川成都610059)摘 要王怀坤,肖宏跃.高密度电法对垂向目标体勘探效果比较.物探装备,2008,18(2):113～117 本文通过对成都理工大学砚湖南侧已知地形断面进行浅层勘测,对同一条测线的三种高密度电阻率法装置勘探数据进行断面拼接,并对结果进行比较,测试高密度电法对垂向目标体的勘测效果。
结果表明:偶极装置更适用于垂向电性变化大的地质情况,温纳装置其次,而微分装置效果很差,与另外两种装置有较大差异。
关键词 高密度电法 电法装置 垂向目标体 电阻率法ABSTRACTW ang Hua ikun ,X iao H par ison o f high 2density electr ic sur vey o n sur v eyed effects o f vert ica l tar get.EGP ,2008,18(2):113～117 The pape r ca rried out t he shallow sur vey of kn o wn topogr ap hic section in souther n side of Y a nhu lake in Cheng 2du Science and Engineering University ,jointed the sectio ns of prospecting data sur veyed by three high 2densit y resis 2tivity devices ,a nd co mpare d a nd te sted the surve yed re sult s of high 2de nsit y elect ric sur vey on vertical ta rget s ,whichshowed t hat t he dipole device is suitable f or the geologic sit uation of la rge ve rtical electric variation ,the WENNER device is second ,and the diffe rential device is wo rst ,which ha s la rge differ ence with other two device s.Key w or ds high 2densit y electric sur vey ,device ,ve rtical target ,r esistivity survey0 引言近几年高密度电法勘探技术发展迅速,在岩溶洞穴、水文地质、考古等探测领域发挥了重要作用。
硬盘用高密度垂直磁记录薄膜研究进展
２ Ｄｐ ｈ￣ｅ Ｈ Ｔ ｏｇ Ｎ ｍｍ ｎ ．／ｈｎ４ ０ ７， ｉ ） ｅｔｏ Ｐ ）ｉ． ｗｚ ｎ ｏ ｌＵ ｉ ￣ ａ ３ ０ ９ Ｃ ｎ ｆ ｓ ｈ ． ｕ ｈ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｈ ｉｈ ｄ ｎ ｉ ｅ ｐ ｎ ｉｕ ａ ｇ ｅｉ ｅ ｏ ｄ ｎ ｈ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆ ｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ｓｔ ｐ ｒ ｅ ｄ ｃ ｌ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｒ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔｉ ｙ ｃ
维普资讯
记 录 与 介 质
硬盘用高密度垂直磁记 录薄膜研 究进展
黄致新２许小红 晋 ， ， 芳 ， 晓敏 杨晓非 李佐宜 程 ， ，
（．华 中科技大学 电子科学与拄术系， １ 湖北 武汉 ４０ ７ ； ．华中师范大学 物理系， ３０４ ２ 湖北 武汉 ４ ０ ７ ３０ ９ 摘 要 ：琼述 了硬盘用高密度垂直磋｛ 已录薄膜 的研究发展状况 ，包括几种重要垂直磁记录 薄膜的膜 层结构 与
Ｈｕ ｎ ｈｘｎ， ａ ｈ ｎ Ｊｎ Ｆ ｎ Ｃ ｅ ｇ Ｘ ａ ｍｉ Ｙａ ｇＸｉｏｅ， ｉ ｕ ｙ ａ ｇＺ ｉｉ Ｘｕ Ｘｉｏ ｏ ｇ， ｉ ａ ｇ， ｈ ｎ ｉｏ ｎ， ｎ ａ ｆｉＬ ｏ ｉ Ｚ
ｆ ． ｅ Ｅｅｔ ｎ ｃ ＆ Ｔｅ Ｈ ａ￣ ｇ Ｕ ｉｏ ｔ Ｄｐ ｔ ｌ ｒ ｉ Ｓｉ ｃｏｃ ． ｅｈ， ｕｚ ｍ ｎ ｆ ． ＆ Ｔｃ Ｗ ｈｎ４ ０ ７ ． ｈｎ ； ｅｈ． ｕ ａ ３０ ４ Ｃ ｉ ａ
趋近于超 顺磁极 限 此外 ，随着记录 密度的不断 提 高 ，纵 向记 录 的位 密 度 越 来 越 大 地 受 到 退 磁 场
１ 引
言
额将 达到 ７０亿美元 ０ 自 １５ ９７年 ＩＭ 公 司首次 推 出用 于数 据存 储 的 Ｂ 旋 转式硬 盘 装置 Ｒ ＭＡ Ａ Ｃ以来 ，硬 盘 的面 密度一 直
惊涛骇浪不足惧 造福人类期可待 我科学家一项研究为利用海洋能发电提供技术支持
科技要闻中国永磁体再次“出征”大宇宙寻找反物质5月16日，几经推迟之后，高精度粒子探测器——“阿尔法磁谱仪2（AM S-02）”搭乘美国“奋进号”航天飞机的“绝唱之旅”，驶入寰宇。
未来10年或更长时间里，它将在国际空间站运行，寻找反物质和暗物质，探索宇宙的起源及其构成。
“鲜为人知的是，它体内有一颗强大的‘中国心’——一块‘MADE IN CHINA ’、内径约1.2米、重约2.6吨、中心磁场强度1370高斯的环形巨大永磁铁。
”中科院高能物理研究所所长、中科院院士陈和生接受新华社记者专访时说。
“阿尔法磁谱仪”实验是一个大型国际合作科学实验项目。
由诺贝尔物理学奖得主、华裔美国科学家丁肇中教授领导，美国、中国、德国等16个国家和地区的数百名研究人员参与其中。
陈和生是这个团队首批科学家和主要成员之一。
反物质和暗物质是两种“神秘”物质。
从理论上讲，它们应当存在，但现实中还没有找到证明它们存在的真凭实据。
“宇宙是最终的实验室。
”丁肇中在4月底发表的公报中表示。
“要分辨物质与反物质，就得想办法测量粒子带正电还是负电。
这就需要把一个巨大的磁铁送到太空中去。
如果使用常规磁铁，到处弥漫磁场根本无法在太空中运行。
”陈和生说。
1998年6月，“阿尔法磁谱仪1（AMS-01）”搭载美国“发现号”航天飞机首次进入太空，成为人类送入宇宙空间的第一个大型磁谱仪。
当时，陈和生在佛罗里达州肯尼迪航天中心亲历了那次为期10天的实验。
“这10天里，中国永磁体经受住了考验，工作正常。
时隔13年后的今天，它再次‘披甲上阵’，到国际空间站做长期实验，帮助AM S-02‘捕捉’神秘的反物质和暗物质。
”谈起AMS-02最核心部件——中国造永磁体，陈和生无比自豪。
丁肇中曾多次坦言，磁谱仪项目是他40多年科研生涯中遇到的“难度最大”的实验，甚至比当初为他赢得诺奖的J 粒子实验还要“困难得多”。
“最大的挑战就是要将大型磁铁放入太空。
”丁肇中说。
美国国家航空航天局（NASA ）对磁铁的负载安全要求极高。
CoPt薄膜介质的结构和磁性
CoPt薄膜介质的结构与磁性由于纵向磁记录介质不能满足人们对磁记录密度日益增长的需求，促使了垂直磁记录介质在高密度磁记录领域的应用。
高密度磁记录介质需要高磁晶各向异性K u 的材料来存储信息。
本论文以直流（DC）磁控溅射方法制备了Substrate /Ta /Pt /Ru /CoPt样品。
改变上层膜的溅射条件，探究上层膜在其它层溅射条件已优化后的更佳溅射条件（如溅射功率、膜层厚度、溅射气压）。
以期在最终制备的Substrate /Ta /Pt /Ru /CoPt样品中获得高K u。
通过X射线衍射（XRD）获得样品的晶体结构信息，通过振动样品磁强计（VSM）测量样品的磁特性。
对样品的XRD和VSM测量结果进行对比分析，探究其CoPt磁性层的晶体结构、晶粒取向和磁性之间的关联。
最终确定在各层膜的条件均已优化下所制备的Substrate /Ta /Pt /Ru /CoPt多层膜的XRD峰为fcc CoPt （111）晶面的峰。
关键字：CoPt薄膜介质，晶体结构，晶粒取向，磁特性，溅射条件第一章垂直磁记录和磁控溅射的基础知识随着人们对于信息存储容量、成本和稳定性的更高要求，高密度存储介质成为了磁记录介质发展的必然趋势。
磁晶各向异性常数K u的增加能降低记录位上磁性颗粒尺寸，在保证同样信噪比的条件下减弱超顺磁效应的影响。
目前磁记录介质的研究主要集中于L10相的CoPt和FePt，hcp相的CoPt等材料。
有研究指出[11]，在L10相中CoPt和FePt的K u 可达5~7×107erg/cc，成为高密度磁记录介质的候选，但颗粒尺寸的控制和沉积温度的降低严重地限制了其应用；在以Ta作为种子层的Co72Pt28的薄膜上K u已达6×106 erg/cc，允许磁性颗粒的热稳定尺寸减小到4.5 nm,可以支持的面密度达1 T bits/in2 ，且沿袭了目前使用的CoCr基薄膜的制备工艺。
故其在快速实用化和降低生产成本方面具有很大优势，因此增加CoPt基薄膜的K u仍是获取高记录密度的可行办法。
新一代硬盘垂直记录技术详解
新一代硬盘垂直记录技术详10G、20G、40G、80G、160G，在21世纪最初的两、三个年里头，硬盘容量一直都是以翻一番的速度在增长，但是自从单碟容量100G的硬盘出现以后，硬盘容量的增长速度就停滞了下来，有关硬盘的新闻都是对接口和缓存变更等的报道。
硬盘的记录密度似乎已经达到了无法再提高的地步？经过一年多的寂静，硬盘的容量终于可以再次起飞，全赖新投入应用的perpendicular recording垂直记录技术，日立的硬盘部门给我们带来了一个有趣的flash，在介绍这种技术之前，我们先来欣赏一下（有英文语音解说）。
通过日立硬盘flash的介绍，相信大家已经大概知道，垂直记录的原理简单来说就是：把原本横向放置的磁记录单元变为纵向排列，从而减少每个磁单元所占用的表面积。
但是凭借现在的技术，就算是横向放置，我们也可以把磁单元做得再小很多，为什么要想着打竖放置呢？避免超顺磁现象，让数据更可靠原来罪魁祸首就是超顺磁现象（super paramagnetic effect）。
当磁记录单元变得越来越小的时候，磁记录单元就越来越难保持自身的磁方向，当受到周围环境的热扰动时，磁单元就有很大几率会改变磁方向或者消失磁性。
如果按照常规的方法可以加大写磁头的轿顽磁力，让磁记录单元的磁性更强一些，但是由于材料的限制，写磁头的轿顽磁力已难以提高。
于是，研究硬盘技术的工程师就想到了垂直记录——其实该技术很早就已经提出，只不过到了现在才被应用。
那么为什么垂直记录技术就可以避免超顺磁现象的发生呢？上图有一个简单的例子，如果磁记录单元横向放置，那么中间的磁记录单元两头的磁极就跟相邻的相反，那么在热扰动时很容易翻转；而垂直记录却不会发生这种情况。
那么磁记录单元垂直放置之后有要怎么读取和写入呢？大家可以发现，使用垂直记录的碟片底下多了一层“软磁性”物质，学过物理的人都知道，软磁性物质会受到周围磁场的作用而变得带有磁性，那么在读写头两个隔开的东西之间就形成了一个磁回路（图中的蓝色线条），有了这个回路，我们就可以读取或写入磁记录单元了。
日本东北大学开发出低耗电的超高密度磁记录技术
为提高磁记录密度，必须将各个记录磁体缩小至纳米尺寸 。 随着尺寸减小，磁体的磁 性 能变 得越 来越 不 稳定 ，冈此 需要 能保 持磁 化 方 向一致 的磁体 。 但 在 向记录 磁体 写入信 息 时，需要很强的使磁化方 向反转的能力 （ 转换磁场） ，因而导致电力消耗增大。 研 究小组 在 实验 中 向其 制作 的 Ｆ ｅ Ｐ ｔ和坡 莫合 金 的积层 薄膜 （ 磁 体 ）施加磁 场 ，研 究 磁 体 内的磁矩状 态 。结 果显示 ，磁矩 的旋转运 动存 在 像波那 样传 播 的 自旋波 。当外部 向 白
现代材料动态
２ ０ １ ３ 年 第１ １ 期
拟技 术 ，高效 寻找 需 改进 的点 。利 用上述 先进 技术 ，找 山改进 点，改进 电池 止 负极 结构 ， ｉ ： 通 过 电极反应 的。 视化 及验 证 ，确 立一 整套 高效 电池 开发 技术 ，开 发 出可消 除锂离 子流
动停滞 的 电池 结构 。 （ 杨 晓婵 摘译）
日本 Ｃ ａ ｎ ｏ ｎ Ａ ｎ ｅ ｌ ｖ ａ公司开发的 Ｃ Ｉ Ｇ Ｓ太 阳 电池不含 Ｃ ｄ
日本 Ｃ ａ ｎ ｏ ｎ Ａ ｎ ｅ ｌ ｖ ａ 公司和 产 业技 术综 合研 究所 共 同开发 用 Ｚ ｎ Ｍ ｇ Ｏ 替代 有害 物质
Ｃ ｄ Ｓ制 作 Ｃ ｌ Ｇ Ｓ太 阳 电池积 层薄 膜 ｒ ｆ ］ 形成 ｐ ｎ结 的缓冲层 的溅 射法 成膜 技术 。使用 Ｚ ｎ Ｍ ｇ Ｏ缓
的技 术可 使频 率控 制 在数 Ｇ Ｈ ｚ之 内，与 Ｍ Ａ Ｍ Ｒ（ 数十 Ｇ Ｈ ｚ ）相 比，使 用 的能 量较 小 。 （ 杨 晓婵 摘译 ）
市场动态
全球 多晶硅 供需情况
全 球 太 阳 电池 用 多 晶硅 供 应过 剩 、价格 下 跌 的现状 仍 将持 续 。在 中 国 ，３ Ｏ 家 以上 的 多 晶硅 生 产企 业 中只 有 ４家还 在 生产 。美 国 Ｈ ｅ ｍ ｌ ｏ ｃ ｋ公司 ２ ０ １ ３年 １月暂 停 生产 ，３月开
高密度垂直磁记录的最新研究进展
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高密度垂直磁记录的 最新研究成果
PB03206270 周华兴 20系 指导老师：刘之景
主要内容
为什么要研究高密度垂直磁记录
垂直磁记录原理
垂直磁记录的前沿 前景与展望
1.为什么要研究高密度垂直磁记录
纵向磁记录的最大障碍
超顺磁性
过小的晶粒体积难以长久的保持磁记录的 信号（超顺磁性）
理论上记录上限为250~500Gb/in² (Abarra E N, et al. Appl. Phys. Lett.)
H’为退磁场 要使H’尽量的小 则应使l大，d小
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H为外加磁场
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3 垂直磁记录的前沿
垂直磁记录的最新发展
时间
Hale Waihona Puke 公司面密度 (Gb/in² )
数传率 (Mb/s)
线密度 （kbpi）
道密度 （kbpi）
2005年将是垂直磁记录丰收的一年！
感谢学校提供我们这样一个机会展示自 己的想法！ 感谢刘之景老师对我的鼓励和指导！ 感谢在座的各位老师和同学们的观看！
Thanks!
垂直磁记录介质
一个划时代的产品
垂直记录技术PMR详解
垂直记录技术PMR详解面临极限的磁记录技术经历了50年的发展，硬盘具可靠性、存储速度、存储容量、性价比都处于非常理想的水平，使得硬盘经成为了计算机设备中的主流存储器。
IBM于1957年推出的第一款硬盘驱动器RAMAC的容量只有5MB，却有50个直径为24英吋的盘片组成，转速为1200RPM，磁记录密度只有几十kbit/in2左右。
现在的盘片直径只有3.5英吋，单碟容量已经达到了100 GB ，磁记录密度在100Mbit/in2以上，记录密度增长了3500万倍以上。
从70年代到90年代初，硬盘的体积快速的缩小，使得硬盘的区域密度在近20年的时间里保持着30%的增长率。
随后至今的十几年中，在新的磁头技术的推进下，硬盘区域密度的增长率达到了60%!不过，由于现有的硬盘区域密度达到了相当高的水平，进一步的发展受到了超顺磁效应限制，要继续推动硬盘技术的发展，需要引入新的技术。
最近，日立公司举行了一次小型技术讲解会，会议邀请了国内的主流媒体参加。
在会议上，日立公司详细讲解了其最新的垂直记录技术(Perpendicular Magnetic Recording, PMR)，这项技术可以使得磁记录密度达到230GB/in2,把现有的磁记录密度提高了一倍。
这意味着不远的将来，我们可以购买到容量为20GB的Microdrive 微硬盘或者容量为1TB的3.5英吋硬盘。
日立预计PMR技术将会在2007年应用到各种硬盘产品中，而且在未来的5-7年间，还会进一步推动记录密度的提升，1英吋硬盘的容量届时也会达到60GB左右。
最新一份的IDC报告(《2005年硬盘市场 :零件技术与业务模式 IDC #33466》)也认为垂直记录技术将会成为未来几年硬盘发展的趋势。
在这份报告中分析了硬盘现在及未来的三种关键零件——弹性臂、磁头和磁碟，其相关技术的发展方向、以及了解其替代品技术的成本和利弊等。
它预计2005年年底垂直记录技术将会开始应用于磁头和盘片中，到2007年年底将会被广泛使用。
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H为外加磁场 H’为退磁场
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3 垂直磁记录的前沿
垂直磁记录的最新发展
时间
公司
面密度 (Gb/in²)
数传率 线密度 道密度 矫顽力 (Mb/s) （kbpi） （kbpi） （kA/m）
最具潜力的磁记录方式
垂直磁记录
IBM的前Fellow，David A. Thompson “多数大学以及NSIC (National Storage Industry Consortium)的研究人员，已经开始为 实现1Tb／in²展开研究。目前，所有的设计都是 以垂直磁记录方式为前提的”。（1TB=1024GB）
2 原理
垂直磁记录理论（Perpendicular Magnetic Recording，PMR）是近30年前 1975 日本东北大学 岩崎峻一教授提出的
垂直记录技术把数据位改为垂直排列，在 减小数据位的表面积的同时不会出现超顺 磁性。
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两种不同的磁记录方式示意图 上图为纵向磁记录 下图为垂直磁记录
高密度垂直磁记录最新研究成果
主要内容
➢ 为什么要研究高密度垂直磁记录 ➢ 垂直磁记录原理 ➢ 垂直磁记录的前沿 ➢ 前景与展望
1.为什么要研究高密度垂直磁记录
纵向磁记录的最大障碍
超顺磁性
过小的晶粒体积难以长久的保持磁记录的 信号（超顺磁性）
理论上记录上限为250~500Gb/in² (Abarra E N, et al. Appl. Phys. Lett.)
T为测量温度
t
M(t)Mr(t0)exp()
M为记录介质剩磁 t为测量时间
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垂直磁记录介质
一个划时代的产品
2004.12.13东芝公 司公布了全球首 款基于垂直磁记 录技术的硬盘驱 动器(HDD)
容量80GB(双盘) 大小（盘面直径）
只有1.8in 它的面密度达到了
133Gb/in²
1byte(B)=8bit(b)
与3.5in 软盘1.44MB对比 1GB=1024MB 80GB/1.44MB=80*1024/1.44=57000
2005年将是垂直磁记录丰收的一年！
感谢学校提供我们这样一个机会展示自 己的想法！
感谢刘之景老师对我的鼓励和指导！ 感谢在座的各位老师和同学们的观看！
Thanks!
2000/4 Fujitsu 56
2000
IBM
103
2001/8 Fujitsu 106.4
2002/4 Read-Rite 130
2002/5 Fujitsu 300
2002/11 Seagate 100
680 406 128.8 750
82 254 141.9
296.0 316.1 >318.3 垂直记录 垂直记录
右图为垂直 磁记录的记 录方式示意 图
左图为纵向 磁记录的记 录方式示意 图
突破超顺磁性的障碍
HdMr/tHc
1 09exK p(u/kVT )
Hd为退磁场 Mr为剩余磁化强度 t为介质磁层厚度 Hc为介质矫顽力
为弛豫时间（磁化保持的时间）
Ku为晶粒的单轴各向异性常数 V为晶粒的体积 k为波尔兹曼常数
垂直磁记录初试身手 不鸣则已 一鸣惊人
4 前景与展望
经过20年的研究与争论，磁盘产业现在一 致认为，必须作出历史性的改变，从纵向 记录转向垂直记录。 东芝公司声称将在2005年上半年在笔记本 中广泛使用采用垂直磁记录的硬盘。各硬 盘厂商似乎开始取得共识，将紧随其后加 快开发的步伐！
当然离它的目标Tb/in²还差得远