1、$3,200 ，相當(dāng)于$160,000的銷售價格。2004年, Toshiba 生產(chǎn)的0.85英寸的硬盤, 能儲存4G。過去二十年內(nèi), 硬盤的存儲密度飛速提高, 每個比特的價格不斷下降。?Toshiba磁頭臂組合磁頭臂組合磁頭臂磁頭臂讀寫頭讀寫頭主軸主軸拼盤拼盤磁道磁道硬盤中的磁性材料:1)磁記錄介質(zhì) (盤片)2) 寫頭 (高磁極化率的軟磁材料3) 讀頭 (包括GMR器件以及輔助器件) 磁記錄介質(zhì)為晶化了的薄膜，最小的記錄單元叫比特, 一個比特由幾十個納米顆粒組成。每個比特的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為矩形波形的電流-寫入電流, 輸入寫頭,從而產(chǎn)生在介質(zhì)與磁頭的間隙間產(chǎn)生相應(yīng)磁場。通過改變電流的方向，可以把數(shù)

2、據(jù)寫入介質(zhì)。 在讀的時候，讀頭感受不同比特的附近的磁場，將其轉(zhuǎn)化為電信號，從而將相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出。介質(zhì)材料CoPtCrB兩層結(jié)構(gòu)，通過交換耦合來提高穩(wěn)定性每個比特的磁矩都是垂直于介質(zhì)外表。介質(zhì)下有個軟鐵磁底層。寫頭為單極頭垂直磁記錄比平行磁記錄有更高的記錄面密度上限。平行：100-200GB/in2垂直：理論預(yù)測：10TB/in2記錄方法的優(yōu)越性:1) 由于退極化場小，垂直記錄可以用更大的介質(zhì)厚度.2)單極寫頭通過軟鐵磁底層的產(chǎn)生兩倍于平行磁記錄磁頭產(chǎn)生磁場，因而可以用更高磁各向性的材料為介質(zhì)。3)軟鐵磁底層使垂直記錄介質(zhì)中的信號強(qiáng)度高于同等的平行記錄介質(zhì)，因而垂直記錄介質(zhì)讀取的信噪比相對較高。

3、4) 垂直記錄介質(zhì)的磁軌邊界更清晰，噪聲更小。銳的磁軌邊界可以得到更高的磁軌密度以及更小的比特尺寸，從而有利于進(jìn)一步提高儲存面密度。 Pt atom Fe atom無序的FCC結(jié)構(gòu)有序的FCT結(jié)構(gòu)FCC結(jié)構(gòu)只出現(xiàn)根本的衍射峰(111), (200), .FCT結(jié)構(gòu)根本的衍射峰 和 超晶格衍射峰 (111), (200), (002), .; (001), (110), .退火c-axisXRDKu: 7x107erg/ccFePtPtCrMgOPt5nm50nm5nm3nm(111)面 四度對稱,且與MgO的(111)峰出現(xiàn)在同樣的角度,說明很好的外延生長(001)(002)FePt有很好的0

4、01取向常溫下制備的FePt為無序的FCC700C下制備的為FCT有序相隨基片溫度的升高(001)峰強(qiáng)度增大, 經(jīng)過分析, 發(fā)現(xiàn)薄膜的有序度隨基片溫度升高而增大, 薄膜的晶格常數(shù) c 那么隨基片溫度的升高而減小。相應(yīng)的，薄膜的磁性能也隨基片溫度的改變而發(fā)生很大改變，易軸的方向隨著溫度的升高從膜面內(nèi)轉(zhuǎn)到垂直膜面。 垂直記錄優(yōu)于平行磁記錄的一個要素之一是它采用了軟鐵磁底層。然而，要軟鐵磁底層充分發(fā)揮其作用，需要解決噪聲問題。軟鐵磁底層產(chǎn)生的噪聲是因為在寫入數(shù)據(jù)的過程中，隨著寫頭的移動，其在軟鐵磁底層中的鏡像也會移動，從而軟鐵磁底層的磁化強(qiáng)度發(fā)生改變，磁化強(qiáng)度的改變一般帶來疇壁運動。疇壁運動會產(chǎn)生B

5、arkhausen噪聲。解決的方法：消除磁疇，使軟鐵磁底層單疇化。glass substrateFeCoCuIrMnIrMnFeCorepeat 4 timesradial anisotropy軟鐵磁底層的單疇化可以通過設(shè)計底層的結(jié)構(gòu)，參加耦合作用來實現(xiàn)。到達(dá)足夠的熱穩(wěn)定性： 大晶粒或高的磁各向異性提高可寫性的要求：大的晶粒要到達(dá)足夠的信噪比：需要顆粒小從而改善比特間的邊界。Softhard由軟磁層和硬磁層耦合而成，硬磁層有高的各向異性能，能夠保持介質(zhì)的熱穩(wěn)定性軟磁層容易反轉(zhuǎn)，通過耦合作用可以帶動硬磁層的反轉(zhuǎn)，從而大大減小所需的磁場Si(2 nm)/FeSiO(6.5 nm)/PdSi( t

6、nm)/Co(0.26 nm)/PdSiO(0.87 nm) /PdSiO(4 nm)/Ru(4 nm)/Cu(2 nm)/Glass矯頑場可以大大縮小，且和兩個磁層間的耦合強(qiáng)弱有關(guān)。耦合的強(qiáng)弱可以由插入的非磁性層的厚度來調(diào)制。特點：通過光刻將連續(xù)膜變成別離的點陣。一個點一個比特。材料本身與普通的材料無異。然每個點需由大磁性顆粒組成，最好是單晶。熱穩(wěn)定性由大的磁性顆粒或柱子本身決定。由于體積大，所以可以到達(dá)很高的熱穩(wěn)定性。存儲密度受刻蝕技術(shù)的分辨率制約。利用位元規(guī)那么介質(zhì)可以存儲的面密度大大提高。與普通垂直記錄介質(zhì)相比在相同密度下，可寫性大大改善。最硬端最軟端磁各向異性逐步增強(qiáng)）為最軟端的各向

7、異性能020(KzKK特點：反轉(zhuǎn)為疇壁移動輔助反轉(zhuǎn)。寫入的根本過程：疇壁在軟磁端形成、疇壁在晶粒中運動和疇壁從硬磁端溢出。要求：介質(zhì)厚度不能太小，需大于疇壁的寬度。磁阻傳感器絕緣層屏蔽層核心為磁阻傳感器，可以靈敏的感受微弱的磁場變化。永磁體用來確定自由層的激化方向。屏蔽層用來屏蔽來自相鄰比特的雜散場，提高磁頭的靈敏度。永磁體軟磁屏蔽層，需用高磁導(dǎo)率的軟磁材料，目前所用的為坡鏌合金Ni80Fe20，制備方法為電鍍。用非晶軟磁合金用作軟磁屏蔽也在考慮中。Permalloy shields2m mmCu 線圈讀頭傳感器寫頭RF 磁場磁場Air bearing surface2 m mm在實際的中,

8、寫頭和讀頭被集成在一起。寫頭的產(chǎn)生的磁場被屏蔽層限制在寫入的比特范圍內(nèi)，從而防止誤寫相鄰的比特。兩種自旋狀態(tài)的傳導(dǎo)電子都在穿過磁矩取向與其自旋方向相同的一個磁層后,遇到另一個磁矩取向與其自旋方向相反的磁層, 并在那里受到強(qiáng)烈的散射作用,也就是說,沒有哪種自旋狀態(tài)的電子可以穿越兩個或兩個以上的磁層當(dāng)相鄰磁性層的磁矩平行排列時，在傳導(dǎo)電子中,自旋方向與磁矩取向相同的那一半電子可以很容易地穿過許多磁層而只受到很弱的散射作用,而另一半自旋方向與磁矩取向相反的電子那么在每一磁層都受到強(qiáng)烈的散射作用.電子導(dǎo)電有并聯(lián)的兩個通道，當(dāng)磁矩反平行的的時候，兩個通道的電阻都很高，因而，系統(tǒng)處于高阻態(tài)。而當(dāng)磁矩平行的

9、時候，有一個低阻通道，因而，總電阻小，系統(tǒng)處于低阻態(tài)。合作用到達(dá)反平行狀態(tài)。n如Co Cu顆粒膜JThickness (D)被釘扎層的回線由于交換偏置作用而發(fā)生偏移，自由層與被釘扎層無耦合作用，從而使得平行與反平行狀態(tài)得以實現(xiàn)。特點：具有極高的靈敏度，靈敏度由自由層的磁特性決定。自由層非磁性隔離層被釘扎層反鐵磁釘扎層CIP 電流平行于膜面CPP電流垂直于膜面CPP預(yù)測有更高的GMR,然而，電阻過小，實現(xiàn)起來比較困難，需要更多更復(fù)雜的工藝。CPP有可能被用于下一代讀頭中。隧道效應(yīng)-1.5-1-0.500.511.5-2-1.5-1-0.500.511.522.53Energy, Wave Fun

10、ctionxTunneling Through Simple BarrierEnergyVBikxikxereikxtexe根據(jù)量子力學(xué)理論，電子具有波動性，當(dāng)遇到勢壘，波呈衰減趨勢，當(dāng)勢壘寬度不大的時候，穿過勢壘后，波幅并不為零，也就是說，有局部電子可以穿過勢壘，從而形成一定的電流。隧道磁電阻效應(yīng)與自旋閥磁電阻有相似之處，磁滯回線的及磁電阻回線的有相似的形狀形狀和特點。然而一般來說然隧道磁電阻效應(yīng)的電阻變化率比自旋閥大很多。對于中間的絕緣層，一般用開始用Al2O3 現(xiàn)在普遍采用MgO.。用MgO 為絕緣層的隧道結(jié)MgO 層要求(001) 織構(gòu)，可以通過才有非晶態(tài)的CoFeB合金膜為磁性層到達(dá)

11、，這樣的隧道結(jié)有巨大的磁電阻效應(yīng)，電阻變化率室溫下可達(dá)幾百每個存儲單元都是一個隧道磁電阻器件，寫入時，有兩個電流，任何一個電流產(chǎn)生的磁場都缺乏以寫入信號，只有當(dāng)二者相交的那個點才有足夠大的磁場將信號寫入。此為MRAM 的定位與寫入機(jī)制。 刻蝕的工藝流程沉積薄膜涂光刻膠暴光暴光刻蝕刻蝕去膠去膠 等離子體輔助加工過程工藝等離子體輔助加工過程工藝等離子刻蝕等離子刻蝕補(bǔ)充補(bǔ)充惰性惰性氣體氣體吸收與外表物質(zhì)反響外表物質(zhì)的擴(kuò)散Subsequent surface reactionsdesorption去掉的物質(zhì)去掉的物質(zhì)電場電場ionsCathodeRFPower消耗消耗13.56 MHzStraight

12、 Sidewalls光刻膠Islandsilicon substrateoxidephotoresistWindow曝光過的區(qū)域聚合化對沖洗液有抵抗作用光刻膠沖洗后得到的形狀photoresistoxidesilicon substrateUltraviolet Light曝光的區(qū)域被遮擋的區(qū)域掩模版負(fù)光刻silicon substrateoxidephotoresistIslandWindow曝光過的區(qū)域變得可溶沖洗后得到的圖案未曝光區(qū)曝光區(qū)掩模版photoresistsilicon substrateoxideUltraviolet Light正光刻掩模版上圖形傳遞到光刻膠上，然后通過刻蝕，傳遞到薄膜上。vacuum chuckspindleto vacuum pumpphotoresist dispenser2.Photoresist ApplicationUV Light SourceMaskl刻蝕的源有很多種，不同的源波長不同從而分辨率不同。根據(jù)源的類型，刻蝕分為：光刻、電子束刻蝕、射線刻蝕、離子刻蝕可見光光源為高壓汞燈，產(chǎn)生以上所示的可見光譜。可見光的吸收不應(yīng)太強(qiáng)。曝光時，光刻膠需透明。接觸準(zhǔn)直接觸式鄰近式投影式接觸式：掩模版與所涂得光刻膠層接觸壓緊，可以得到最平整的圖形和最好的分辨率，但容易損壞掩模版。比鄰式：掩模版與光刻膠層很接近但并不接觸，掩模版的