光电信息存储材料及技术

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1、信息存储材料一、磁性存储材料二、光信息存储材料三、MRAM材料及应用一、磁性存储材料在信息时代，大容量存储技术在信息处理、传递和探测保存中占据着相当重要的地位。经过一个世纪的发展，磁性存储取得了巨大的进步，目前的磁记录密度已进入每平方英寸10吉位数的量级。为了提高磁记录的密度，主要途径是增大介质的Hc/Br并降低介质的厚度。但记录后的输出信号正比于Br，因此提高介质矫顽力是关键。磁记录材料先后经历了氧化物磁粉（γ-Fe2O3）、金属合金磁粉（Fe－Co－Ni等合金磁粉）和金属薄膜三个阶段。矫顽力和剩磁都得到了很大的

2、提升。金属薄膜是高记录密度的理想介质。因为薄膜介质是连续性介质，并具有高的矫顽力和高的饱和磁化强度。后者可有效的减薄磁性层的厚度。这些正是高记录密度介质所必备的性能。纵向磁化记录－磁化方向与记录介质的运动方向平行的记录方式。如硬盘、软盘、磁带等。提高其存储密度的方式主要是提高矫顽力和采用薄的存储膜层。垂直磁记录－磁化方向和记录介质的平面相垂直的记录方式。它可彻底消除纵向磁记录方式随记录单元缩小和膜层h减薄所产生的退磁场增大的效应，因而更有利于记录密度的提高。同时对薄膜厚度和矫顽力的要求可更宽松。但其对信号的读出效率

3、较差，要求磁头必须距记录介质面很近。高密度磁性存储磁头材料－磁记录的两种记录剩磁状态（±Mr）是由正、负脉冲电流通过磁头反向磁化介质来完成的。在读出记录信号时，磁头是磁记录的一种磁能量转换器，即磁记录是通过磁头来实现电信号和磁信号之间的相互转换。因此磁头同磁记录介质一样是磁记录中的关键元件。磁头在磁记录过程中经历了几个阶段：体形磁头－薄膜磁头－磁阻磁头－巨磁阻磁头磁阻、巨磁阻效应－1971年有人提出利用铁磁多晶体的各向异性磁电阻效应制作磁记录的信号读出磁头。1985年IBM公司实现了这一设想。此后，磁记录密度有了很

4、大的提高。磁阻磁头主要采用Ni－（Co，Fe）系列的铁磁合金材料，其主要特点当电流与磁场平行和垂直时其电阻率有较明显的变化。上世纪80年代末法国巴黎大学Fert教授课题组提出和发现的巨磁阻（GMR）效应可使Ni－Fe系列磁阻效应高一个数量级以上，引起极大轰动，也为磁头技术带来了突飞猛进的发展。该项成果也获得了2007年诺贝尔物理奖。GMR效应主要基于电子自旋特性产生。MpM电子的两大量子特性电荷自旋NP++++++++++++++++----------------ENP++++++++++++++++------

5、----------巨磁电阻电阻网络模型(Mott二流体模型)两磁性层平行两磁性层反平行1986发现AF耦合GMR1988发现GMR1991发明自旋阀1994,GMR记录磁头2005,100Gb/in2记录磁头1993第一个GMRMRAM2005，1GbMRAM自旋阀典型结构二、光信息存储材料与磁存储技术相比，光盘存储有以下优势：存储寿命长，一般在10年以上；非接触式读/写，光头与光盘间有1～2mm距离，因此光盘可以自由更换；信息载噪比高，而且经多次读写不降低；信息位的价格低。缺点：光盘驱动器较贵，数据传输率较低。

6、在未来10年内，磁存储和光盘存储仍为高密度信息外存储的主要手段。今后高性能的硬盘主要为计算机联机在线存储，以计算机专业用为主。高性能光盘为脱机可卸式海量存储和信息分配存储，以消费用为主。提高存储密度和数据传输率一直是光盘存储技术的主要发展目标。同时，多功能（可擦重写）也是光盘存储技术的发展方向，也由此才能与日益发展的磁盘存储技术竞争。光盘工作性能的扩展取决于存储介质的进展。CD-ROM光盘的信息数据是预刻于光盘母盘上的（形成凹坑），然后制成金属压膜，再把凹坑复制于聚碳酸酯的光盘基片上。靠凹坑与周围介质反射率的不同读

7、出信号。由于其价格便宜，制作方便，已大量使用。光盘记录点的尺寸决定于聚焦光束的衍射极限。缩短记录激光波长是缩小记录点间距，提高存储密度的关键。采用GaN半导体激光器（记录波长0.40～0.45μm），可将光盘的存储容量提高到10GB以上，称为超高密度光盘存储技术。可擦重写光盘存储技术－可擦重写光盘的存储介质能够在激光辐射下起可逆的物理或化学变化。目前发展的主要有两类，即磁光型和相变型。前者靠光热效应使记录下来的磁畴方向发生可逆变化，不同方向的磁畴使探测光的偏振面产生旋转（即克尔角）作读出信号；后者靠光热效应在晶态与

8、非晶态之间产生可逆相变，因晶态与非晶态的反射率不同而作为探测信号。磁光材料－具有显著磁光效应的磁性材料称为磁光材料。主要为石榴石型铁氧体薄膜。磁光效应－偏振光被磁性介质反射或透射后，其偏振状态发生改变，偏振面发生旋转的现象。由反射引起的偏振面旋转称为克尔效应；由透射引起的偏振面旋转称为法拉第效应。磁光存储的写入方式－利用热磁效应改变微小区域的磁化矢量取向。磁