極高密度磁存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與微磁學(xué)研究.pdf

1、作為信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的主要載體,磁存儲(chǔ)和磁盤(pán)存貯器技術(shù)以其低成本、高可靠性以及密度的快速增長(zhǎng)一直推動(dòng)著整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著磁記錄密度的不斷提升并逐漸向Tera-bit/in2(Tb/in2)級(jí)發(fā)展,如何采用新型磁記錄技術(shù)突破傳統(tǒng)垂直磁記錄密度極限,使磁記錄密度從本研究開(kāi)始時(shí)(2008年)的0.15~0.2Tb/in2在未來(lái)15~20年中提高60倍到10Tb/in2,是一項(xiàng)備受關(guān)注的戰(zhàn)略研究課題。本研究利用微磁學(xué)仿真方法,提出并探索了采用

2、瓦記錄與圖案化磁記錄技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)10Tb/in2磁存儲(chǔ)的可行方案,并從瓦記錄磁頭結(jié)構(gòu)、斜交角變化范圍、系統(tǒng)高頻響應(yīng)特性、圖案化磁記錄位元排布方式等多方面,對(duì)基于瓦記錄的10Tb/in2圖案化磁存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,為磁存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)相關(guān)核心技術(shù)的發(fā)展提供了一種可行的實(shí)現(xiàn)方案。
　　本研究構(gòu)建了適用于10Tb/in2記錄密度的瓦記錄寫(xiě)磁頭模型,利用微磁學(xué)仿真方法系統(tǒng)地研究了寫(xiě)磁頭各項(xiàng)參數(shù)對(duì)寫(xiě)磁場(chǎng)大小和磁場(chǎng)梯度的影響,并從磁學(xué)原

3、理上分析了這些影響產(chǎn)生的原因。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,本研究首次提出:相比于最大寫(xiě)磁場(chǎng),瓦記錄寫(xiě)角處的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度對(duì)于實(shí)現(xiàn)10Tb/in2磁記錄更重要,而且最大寫(xiě)磁場(chǎng)和寫(xiě)角磁場(chǎng)的增幅會(huì)隨著磁極寬度的增加而迅速降低;寫(xiě)磁頭的其他結(jié)構(gòu),比如磁頭-屏蔽間隔等,必須設(shè)置在合理范圍才能保證寫(xiě)角處的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度均滿足10Tb/in2磁記錄要求。
　　本研究推導(dǎo)了基于瓦記錄的10Tb/in2圖案化磁存儲(chǔ)系統(tǒng)的記錄性能的計(jì)算方法,并利用該方法對(duì)比了寫(xiě)角

4、大小不同的寫(xiě)磁頭對(duì)10Tb/in2瓦記錄系統(tǒng)的記錄性能的影響,從系統(tǒng)寫(xiě)入誤碼率的角度首次得到了最優(yōu)寫(xiě)角設(shè)計(jì)。本文還研究了磁頭制備過(guò)程中必然出現(xiàn)的,寫(xiě)角處尖角變圓的“圓角效應(yīng)”,通過(guò)構(gòu)建圓角寫(xiě)磁極仿真模型,計(jì)算了不同“圓角”程度對(duì)系統(tǒng)記錄性能的影響,發(fā)現(xiàn)磁頭寫(xiě)角具有小的“圓角”有利于系統(tǒng)寫(xiě)入誤碼率的降低。
　　本研究計(jì)算了寫(xiě)磁頭斜交角變化范圍不同時(shí),系統(tǒng)的最大擦除誤碼率,發(fā)現(xiàn)縮小斜交角變化范圍有利于瓦記錄系統(tǒng)寫(xiě)性能提高。本研究還創(chuàng)造

5、性地提出了利用雙寫(xiě)角寫(xiě)入的瓦記錄技術(shù)可以把每個(gè)寫(xiě)角對(duì)應(yīng)的斜交角變化范圍減小到10度以內(nèi),從而大大提高了瓦記錄技術(shù)的記錄性能。
　　本文詳細(xì)計(jì)算了圖案化磁記錄位元在實(shí)際外場(chǎng)中的翻轉(zhuǎn)條件,并仿真了適用于10Tb/in2磁記錄的瓦記錄磁頭的高頻響應(yīng)特性,發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)提高記錄介質(zhì)的耗散系數(shù),在外場(chǎng)大小不變的情況下縮短翻轉(zhuǎn)位元所需的外場(chǎng)加載時(shí)間,有助于提高系統(tǒng)高頻響應(yīng)特性,并對(duì)滿足10Tb/in2磁記錄高頻響應(yīng)要求的瓦記錄磁頭提出了設(shè)計(jì)方案