极高密度磁存储系统的设计与微磁学研究

发布时间：2018-11-23 07:32

【摘要】：作为信息存储领域的主要载体，磁存储和磁盘存贮器技术以其低成本、高可靠性以及密度的快速增长一直推动着整个信息产业的发展。随着磁记录密度的不断提升并逐渐向Tera-bit/in2(Tb/in2)级发展，如何采用新型磁记录技术突破传统垂直磁记录密度极限，使磁记录密度从本研究开始时（2008年）的0.15～0.2Tb/in2在未来15~20年中提高60倍到10Tb/in2，是一项备受关注的战略研究课题。本研究利用微磁学仿真方法，，提出并探索了采用瓦记录与图案化磁记录技术结合，实现10Tb/in2磁存储的可行方案，并从瓦记录磁头结构、斜交角变化范围、系统高频响应特性、图案化磁记录位元排布方式等多方面，对基于瓦记录的10Tb/in2图案化磁存储系统进行了详细的设计与优化，为磁存储产业相关核心技术的发展提供了一种可行的实现方案。本研究构建了适用于10Tb/in2记录密度的瓦记录写磁头模型，利用微磁学仿真方法系统地研究了写磁头各项参数对写磁场大小和磁场梯度的影响，并从磁学原理上分析了这些影响产生的原因。根据计算结果，本研究首次提出：相比于最大写磁场，瓦记录写角处的磁场和磁场梯度对于实现10Tb/in2磁记录更重要，而且最大写磁场和写角磁场的增幅会随着磁极宽度的增加而迅速降低；写磁头的其他结构，比如磁头-屏蔽间隔等，必须设置在合理范围才能保证写角处的磁场和磁场梯度均满足10Tb/in2磁记录要求。本研究推导了基于瓦记录的10Tb/in2图案化磁存储系统的记录性能的计算方法，并利用该方法对比了写角大小不同的写磁头对10Tb/in2瓦记录系统的记录性能的影响，从系统写入误码率的角度首次得到了最优写角设计。本文还研究了磁头制备过程中必然出现的，写角处尖角变圆的“圆角效应”，通过构建圆角写磁极仿真模型，计算了不同“圆角”程度对系统记录性能的影响，发现磁头写角具有小的“圆角”有利于系统写入误码率的降低。本研究计算了写磁头斜交角变化范围不同时，系统的最大擦除误码率，发现缩小*本文受国家自然科学基金No.60773189,61272068资助。斜交角变化范围有利于瓦记录系统写性能提高。本研究还创造性地提出了利用双写角写入的瓦记录技术可以把每个写角对应的斜交角变化范围减小到10度以内，从而大大提高了瓦记录技术的记录性能。本文详细计算了图案化磁记录位元在实际外场中的翻转条件，并仿真了适用于10Tb/in2磁记录的瓦记录磁头的高频响应特性，发现可以通过提高记录介质的耗散系数，在外场大小不变的情况下缩短翻转位元所需的外场加载时间，有助于提高系统高频响应特性，并对满足10Tb/in2磁记录高频响应要求的瓦记录磁头提出了设计方案。本研究利用微磁学计算对比了不同位元排布方式和不同制造公差对位元的翻转场分布的影响。结果表明，当保持所有排布方式的面密度相等时，等腰三角形位元排布是最优排布，因为其目标位元受到周围位元的静磁场作用与等边三角形排布几乎一样小，同时其对道密度的要求比等边三角形排布更低。
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【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP333

【共引文献】