極高密度磁存儲系統(tǒng)的設(shè)計與微磁學(xué)研究.pdf

1、作為信息存儲領(lǐng)域的主要載體,磁存儲和磁盤存貯器技術(shù)以其低成本、高可靠性以及密度的快速增長一直推動著整個信息產(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始時(2008年)的0.15~0.2Tb/in2在未來15~20年中提高60倍到10Tb/in2,是一項備受關(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,實現(xiàn)10Tb/in2磁存儲的可行方案,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,對基于瓦記錄的10Tb/in2圖案化磁存儲系統(tǒng)進行了詳細(xì)的設(shè)計與優(yōu)化,為磁存儲產(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磁頭模型,利用微磁學(xué)仿真方法系統(tǒng)地研究了寫磁頭各項參數(shù)對寫磁場大小和磁場梯度的影響,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)計算結(jié)果,本研究首次提出:相比于最大寫磁場,瓦記錄寫角處的磁場和磁場梯度對于實現(xiàn)10Tb/in2磁記錄更重要,而且最大寫磁場和寫角磁場的增幅會隨著磁極寬度的增加而迅速降低;寫磁頭的其他結(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角處的磁場和磁場梯度均滿足10Tb/in2磁記錄要求。
　　本研究推導(dǎo)了基于瓦記錄的10Tb/in2圖案化磁存儲系統(tǒng)的記錄性能的計算方法,并利用該方法對比了寫角

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

5、性地提出了利用雙寫角寫入的瓦記錄技術(shù)可以把每個寫角對應(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)計算了圖案化磁記錄位元在實際外場中的翻轉(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)可以通過提高記錄介質(zhì)的耗散系數(shù),在外場大小不變的情況下縮短翻轉(zhuǎn)位元所需的外場加載時間,有助于提高系統(tǒng)高頻響應(yīng)特性,并對滿足10Tb/in2磁記錄高頻響應(yīng)要求的瓦記錄磁頭提出了設(shè)計方案