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标  题: 硬盘记录已达极限，04年换新技术(下) 
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Aug  8 11:08:41 2003)

硬盘记录已达极限，04年换新技术(下) 
 
2003/08/06 


　　【日经BP社报道】 上接本站报道：【图文】硬盘记录已达极限，04年换新技术(上)、
(中)。 

利用钌层避免数据消失 

 
图7：导致数据消失的热搅动（Thermal Fluctuation）现象的原理: 磁体粒子所具有的磁
能取决于相互排斥的磁力大小和粒子体积。如果磁能低于热能，就会被热能所消除。这就
是热搅动现象。这里所讲的温度是相对于绝对零度的温度，因此粒子体积变小后即便在常
温下也能够产生热搅动现象。(点击放大) 
　　缩小磁体粒子，必然导致体积的减小，这就会产生一种被称为热搅动现象的问题。热
搅动现象是指磁化的记录位信息因受到热能的影响而消失的现象。热搅动现象并不像磁转
变（Magnetic Transition）噪音一样导致读取难度加大，而是直接导致数据本身的丢失。
 

　　热搅动现象产生的机制如图7所示。在磁场方向不同的磁体粒子相邻的区域，会产生磁
各向异性能（Anisotropy Energy），就像是磁铁同极相互排斥的力。磁体粒子所具有的磁
能是磁各向异性能与粒子体积的乘积。可受外部影响的热能为玻耳兹曼常数（Boltzmann 
Constant）与温度的乘积。如果磁能大于热能，就不会受热能的影响，如果低于热能，磁
能就会被热能所消除。 

　　为了避免热搅动现象，必须使用强磁力磁体，或者增加磁体粒子的体积。然而，由于
“磁头和盘片，作为可量产的磁体均已使用了磁力最强的材料”（TDK的松崎），因此根本
没有办法提高磁各向异性能（Magnetic Anisotropy Energy）。如果增加粒子体积，就会
与提高记录密度所必须的粒子小型化产生矛盾。 

 
图8：避免热搅动现象的盘片结构：
通过把反铁磁体的钌膜夹起来，就能使稳定层磁场产生与记录层相反的方向。由此就能稳
定记录层的磁场强度。目前大多都采用多设置一层记录层的5层结构。（点击放大） 
　　于是技术人员想了采用小粒子即可维持较高磁异向能的盘片结构（图8）。除记录层磁
体膜以外，再使用1层或2层磁体膜，在每个磁体膜之间夹入反铁磁体即钌膜。 

　　记录层磁场穿过钌膜时其磁性会发生反转。这样一来，钌膜正下方的磁体膜就会具备
与记录层磁性正相反的磁场。由于磁场反向，因此就能够稳定地保持记录层的磁场强度，
也就是通常所说的稳定层。在记录层以外使用2层磁体膜，其实是为了使第一个稳定层保持
稳定，才再使用一层磁体膜。 

　　IBM（目前该公司的硬盘部门已经被美国日立全球存储技术公司所购并）的“仙尘（P
ixie Dust）”、富士通的“SFM结构”等虽然其名称因制造商而异，但是使用钌使记录层
磁场强度保持稳定的技术已经得到广泛使用。目前一般均采用设置双层稳定层的结构。 


2004年下半年以后将采用垂直磁记录方式 

 
图9：有望实现1TB以上容量盘片的垂直磁记录方式：水平记录方式已经逐渐接近理论极限
，紧随其后的就是垂直磁记录方式。通过使磁场方向垂直于盘面，不仅能够进一步缩小磁
体粒径，同时还能够确保一定的体积。这种方式的另一个效果是利用相邻记录位的磁场就
能使记录位磁场保持稳定。（点击放大） 
　　过去，硬盘的存储容量每一年就会翻倍。但现在确实已经看到今后硬盘容量的提高将
会越来越缓慢。因为作为实用材料已经使用了磁场强度最高的磁体，通过改进磁头和盘片
结构提高记录密度正在逐渐接近磁体本身的极限。 

　　现在，垂直磁记录方式作为未来的高密度技术已开始被业界寄予厚望。目前的水平记
录方式具有平行于盘面的磁场，而垂直磁记录方式则把磁场方向改变了90度，因此具有垂
直于盘面的磁场（图9）。 

　　垂直磁记录方式的优点是即便相邻的磁性结晶具有相反的磁场，相互之间也不会产生
影响。甚至具有反向磁场还能够起到稳定各自磁场的作用。与水平记录方式不同，采用这
种方式不必把膜设计得非常薄。这样还可以确保粒子的大小，避免受热搅动的影响。 

　　据日立制作所称，用于实现100Gbpsi记录密度的磁体结晶尺寸为粒径9.5nm，膜厚20n
m。由于粒径与磁转变噪音有关，因此无论是水平记录方式还是垂直记录方式，规格要求是
相同的，但是膜厚则可加大一倍。 

　　不过，普遍认为2003年不会向垂直磁记录方式过渡。原因是“今后至少有1、2代产品
可利用现有记录方式实现高密度”（日本迈拓的齐藤），“100Gbpsi可利用水平记录方式
实现，不过200Gbpsi就不可能了”（日立制作所的高野）。目前普遍认为水平记录方式的
极限是150Gbpsi左右。 

　　美国希捷于2002年11月演示了利用垂直磁记录方式实现100Gbpsi记录密度的硬盘，同
时宣布将于2004尽快投产这种产品。不过，关于向垂直磁记录方式的过渡时间，大多半制
造商均未宣布明确的时间表。因为尽管过去有很多时期都曾议论水平记录方式的极限问题
，但是最终都被突破了。今后一个时期，有关水平记录方式的极限到底在哪儿的讨论还将
持续下去。（全文完，记者：仙石 诚）

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