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全球信息存储材料市场概览

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-8-15   关键字:
当代实用的信息存储技术主要有磁记录存储技术、光记录存储技术和半导体存储技术。磁记录技术是应用历史最久、应用范围最广的存储记录技术。磁记录设备以硬磁盘、软磁盘和磁带为代表,由于其价格低廉、性能优良的特点,对计算机技术的发展和性能的提高起了决定性的作用。
 
光盘存储技术是20世纪70年代在激光技术的基础上发展起来的一种新型存储记录技术,以只读式光盘、一次性写入光盘和可擦写光盘为代表。光记录的主要特点是采用非接触式记录,存储密度高、容量大,近几年随着其性能的不断提高和性能价格比的改进,已在消费电子领域和计算机中获得广泛应用,占据了相当大的市场份额。
全球存储产业概况
据有关专家称,全球存储市场每年有1千亿美元以上的规模,成为21世纪信息领域的主要市场。
 
根据IDC的统计分析,2005年第二季度全球磁盘存储系统市场年增长率为9.9%,达到56亿美元。IDC预测,至2008年,全球磁盘存储总体销售收入约达251亿美元,2003至2008年的年复合成长率(CAGR)为3.1%;而2003至2008年的储存容量出货数的年复合成长率约为45.6%。
 
表:2004-2005年全球磁盘存储系统厂商收入(单位:百万美元)
厂商
2004年2Q
2005年2Q
收入年增长率
2Q05/2Q04
收入
市场份额
收入
市场份额
HP
1152
22.6%
1313
23.5%
13.9%
IBM
1013
19.9%
1146
20.5%
13.2%
EMC
736
14.5%
807
14.4%
9.6%
Dell
365
7.2%
463
8.3%
26.7%
Sun Microsystems(2005)
378
7.4%
339
6.1%
-10.4%
其它
1445
28.4%
1529
27.3%
5.8%
总计
5090
100.0%
5596
100.0
9.9%
资料来源:IDC,2005年9月2日
 
根据DATA COURSTESY JRIA的统计和预测,全球光盘存储材料需求也呈现快速增长。
 
图:数据用CD-R的全球需求(2001-2004)
资料来源:DATA COURSTESY JRIA
 
图:CD-RW、DVD-R、DVD-RW的全球需求(2001-2004)(单位:百万片)
资料来源:DATA COURSTESY JRIA
全球存储技术的发展趋势
全球存储技术的总体趋势是不断提高记录密度和存储容量。目前磁记录材料仍是最重要的信息存储材料。通过技术革新和巨磁阻材料的利用,磁性材料的存储密度仍有大幅度提高的空间。近年来,磁存储的密度越来越高,发展越来越快。以以硬磁盘为例,IBM公司商品化磁盘面记录密度的年增长率达到60%。依目前的发展趋势,未来几年内将实现100Gbit/in2的磁盘面记录密度。
 
表:IBM公司MR和GMR磁记录密度的变化(单位:Gbit/in2)
年份
密度
年份
密度
1995
0.923
2000
7 ~ 10
1996
1.450
2002
10 ~ 20
1997
3.20
2004
20 ~ 40
1998
5.700
 
 
资料来源:重庆邮电学院学报,2005年
 
光盘存储技术从CD、DVD到蓝光光盘BD,存储容量从650MB、4.7GB提高到27GB。各种新型的高密度光存储技术不断出现,正在向着100GB存储容量的目标迈进。下一步的发展方向是研究和开发适合蓝紫激光波长的光盘材料。此外,由于光存储技术的面密度已接近光学衍射极限,国际上正在寻找下一代的光存储技术,如三维光存储技术、全息存储技术和近场光存储等。在这些新的存储技术中,关键还是可实用的光存储材料的研究和开发。
 
存储材料的发展
(1)磁存储材料
 
①垂直磁记录材料
 
垂直磁记录科学技术的发展是提高磁记录密度的重要途径。垂直记录既需要新的垂直磁记录介质材料,又需要新的垂直磁记录磁头材料。最近的技术进展是在CoCrPt/Ti膜垂直磁记录介质的基础上加上其它金属,从而进一步改进垂直磁记录性能。这些新加的2nm籽晶层分别包含Al、Cu、Ni、Cr、Ag、Mg、Fe、Co、Pd、Au、Pt、Mo、Hf;用来控制Ti层的微结构,并分析了这些化学元素对磁性的影响。近期还研究了CoCrPt(B)的高磁各向异性。
 
②磁横向记录材料
 
一般磁记录材料是当前广泛应用的磁横向记录材料,其磁化强度位于磁记录介质膜面内,磁记录密度虽低于垂直磁记录,但因是最早应用的磁记录介质,研究和应用都很多,而且仍在不断发展中。最近为了提高磁记录密度,研究了磁记录多层膜材料Cr/Ru/PtCo/Ru/PtCo/Ru中的矫顽力和交换场等参量与Ru底层和反铁磁耦合Ru层厚度变化等的规律,以改善和提高其磁记录特性。
 
③密度磁记录介质
 
高密度磁记录的研究和应用是当代信息社会的重要发展之一。这既有纵向磁记录向高记录密度发展,又有垂直磁记录向超高密度发展。最近研究了CrMoB纵向磁记录介质的结构、磁性和磁记录特性。实验研究结果表明,利用CrMoB F层的磁记录介质具有较小的晶粒尺寸,较好的晶粒偏析、较低的矫顽力和较好的磁记录特性。从这项科学研究和近年的相关研究显示,磁记录的面密度年增加率高达100%,最近的磁记录密度已达到130Gb/in2,生产的产品磁记录密度也高达60Gb/in2
 
④巨磁电阻材料
 
巨磁电阻材料是当代一类重要的和用途广泛的磁记录材料。更大的巨磁电阻称为庞磁电阻,庞磁电阻材料也是当前受到研究和应用重视的巨磁电阻材料。最近对一类锰氧体LaCaMnO3巨磁电阻薄膜进行了研制并对磁性和电传输性质进行了研究,取得了重要的研究结果。还发现了另一种磁电阻材料PrCaSrMnO3锰氧体的相分离和磁电阻的巨大增加。
 
⑤磁记录用的磁头
 
磁头是磁记录中同磁记录介质均为必用的重要的磁性材料。当前信息社会中高磁记录密度技术的发展,既需要高磁记录密度的磁记录介质材料,又需要高磁记录密度的磁头材料。最近研究了超高密度磁记录系统用的一类可能的新的读出磁头应用的电流垂直平面的自旋电子管。这种自旋电子管使用纳米氧化物层。在自由磁层与钉扎磁层之间插入纳米氧化物层。既可以增加自旋电子管的电阻,又可以增加自旋电子管的磁电阻比,这样可使磁记录密度达到150Gb/in2以上。
 
(2)光存储材料
 
①相变型存储材料
 
相变光存储材料主要分为碲(Te)基、硒(Se)基和铟锑(InSb)基合金3大类。Te基合金具有合适的光学、热学和晶化性质,一直被认为是最有发展前途的可逆相变光存储材料之一。通过加入一定量的Ge、Sn、Sb、Se、As等元素,可以改善该合金系的高稳定性(非晶态长期保持稳定)和高速擦除(非晶态快速晶化)性能。在一系列二元、三元系合金中,以Ge-Sb-Te三元合金的性能最为理想。这种材料除具有反射率对比度大,写入/擦除次数多和寿命长等优良的光存储性能外,还具有写入/擦除速度快的优点,最短写擦脉冲宽度只有30~50ns,对实现相变光盘高速直接重写功能和提高光盘的数据传输率非常有利。
 
在Se基合金相变材料中,In-Se-Tl-Co四元合金也是一种能够高速直接重写的相变材料。其最短擦除时间为60ns,写擦次数高达l06次,预计寿命(150℃)在l0年以上。主要缺点是含有剧毒元素Tl,而且写入功率过高。
 
InSb基合金中的四元In-Sb-Te-Ag合金,由于其晶态的反射率较高,写入功率较低,抹除响应特性好,被认为是1种应用前景良好的相变光盘材料,已成为DVD-RAM的首选记录材料之一。
 
Ge-Te-Sb和In-Sb-Te系半导体合金薄膜材料在短波长下的折射率虽有所降低,但晶态和非晶态的折射率变化都较大(约20%),所以同样适用于高密度的可擦写DVD光盘。
 
有机材料有可能成为另一类可擦写的超高密度光存储介质材料,但目前尚处于研究探索阶段。
 
②磁光存储材料
 
磁光记录与磁记录的不同主要在于记录读出信号所用的传感元件是光头而不是磁头。磁光存储记录材料主要分为以下几大类:
 
A.MnBi等Mn基多晶薄膜
 
这种材料的优点是磁光克尔角大,是研究最早的磁光材料。这种材料有低温相和高温相两个相。低温相的居里点高(360℃),高温相居里点较低(180℃),有利于磁光记录,但Ms较低,读出信号小,而且存在不稳定的缺点。通过掺杂和元素取代的方法稳定高温相,降低低温相的居里温度和晶粒尺寸,改善薄膜的磁光性能,但迄今尚未获得满意效果,目前仍在进行研究。
 
B.石榴石系单晶薄膜
 
YIG(Y3Fe5O12)等石榴石薄膜材料的优点是在短波长时的磁光效应大,读出信号幅度高,并具有优良的抗氧化、抗辐射性能,适合于军事、航天等恶劣环境使用,缺点是对激光的吸收小,反射小,写入灵敏度低,对基片要求高(需使用耐高温的玻璃或GGG衬底),所以制造成本高。
 
C.稀土-过渡族金属(RE-TM)非晶薄膜
 
这种非晶态合金的成分可以连续变化,能够在较大范围内调节薄膜的磁性能。重稀土-过渡族金属(HRE-TM)非晶薄膜,如TbFeCo,GdTbFe等,具有居里点低,无晶界噪声,单轴各向异性大,矫顽力高等优良性能。是目前实用化磁光盘普遍采用的材料。
 
D.新型高密度磁光记录材料
 
(a)轻稀土-过渡族金属(LRE-TM)非晶薄膜
 
Ce-Co、Nd-Co等非晶薄膜为铁磁体,磁光效应随波长缩短而增加,适合于短波长记录。若能结合轻、重稀土材料的特性,如采用在Tb-Fe-Co中适当添加Nd、Pr等轻稀土,采用LRE-TM(读出)/HRE-TM(记录)的耦合膜层结构,或采用NdGd/FeCo等多层膜结构,可以有效提高稀土-过渡族金属(RE—TM)非晶薄膜磁光盘的记录密度。
 
(b)Co/Pt系多晶成分调制薄膜
 
成分调制膜(composition Modulation)是采用两种以上不同材料按一定厚度周期性交替生长形成的多层薄膜。由过渡族元素/贵金属制造的磁性成分调制膜有望成为高密度磁光记录介质。研究较多的是Co/Pt和Co/Pd。Co/Pt多层膜在400nm激光波长下的θk>0.3°,反射率高,其在短波长范围内的磁光品质因子优于RE-TM,有可能成为下一代超高密度磁光存储介质。
 
(c)非线性磁光效应材料
 
光在磁性体表面由非线性极化产生的二次谐波引起的磁光效应称为非线性磁光效应。非线性磁光效应很大,如PtMnSb的θk高达l4°。非线性磁光效应还不能直接用于磁光记录,但将来有可能作为信号的探测器用于超高密度磁光记录。
 
③有机光致聚合物材料
 
光聚物被用来做多功能全息存储介质,如数据存储、全息光学器件和波导等,尽管其它的全息存储材料,尤其是无机光折变晶体也被用来制备这些器件,但由于光聚物的高敏感、低费用和多功能等,使其具有更广泛的商业实用性。光致聚合体系有下列组成部分:(1)单体(单功能性或多功能性单体);(2)预聚物或聚合物;(3)引发剂(自由基类或光离子类);(4)光敏剂;(5)添加剂(染料等);(6)溶剂。
 
光致聚合物材料被认为是最有可能被最先用作海量存储的材料。近来DuPont公司、Polaroid公司、Canon公司等都投入巨资,用以开发新型适合全息存储的光聚物材料。其中,DuPont公司的光致聚合物材料的开发一直走在世界的前列。其推出的HRF系列和Omini Dex系列光聚合型光全息记录材料具有灵敏度高、光谱响应宽、全息光学性能好、贮存期长、光学干法加工和加工宽容度大等特点。表5.10为HRF系列反射全息记录材料的技术性能参数。
 
表:DuPont公司部分HRF全息胶片的反射全息特性
胶片类型
膜厚/μm
记录波长
/nm
灵敏度/(Mj/cm2)
再现波长
/nm
衍射效率
/(%)
带宽
/nm
折射率调制
(Δn)
HRF-6
6
514
15
504
98.59
31
0.073
HRF-8
8
647
400
644
91.09
36
0.048
HRF-16
16
647
400
640
99.46
31
0.044
HRF-25
25
514
20
507
99.94
13
0.029
HRF-150
34
514
60
502
88.7
8
0.008
资料来源:物理学进展
 
表:DuPont公司Omni Dex全息胶片的特性
反射胶片
光谱响应范围/nm
折射率调制(Δn)
OmniDex352
450 ~ 550
0.030
OmniDex410
550 ~ 650
0.024
OmniDex500
450 ~ 550
0.020
OmniDex700
450 ~ 550
0.070
OmniDex705透射胶片
全色
0.04~0 07
资料来源:物理学进展
 

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