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硬碟「肚量」再突破

97/08/04 21805

蔡永彬｜臺灣大學新聞研究所

IBM 在 1956 年推出世界上第１款磁碟機「RAMAC」，重達 1 噸，容量只有 5 MB，而且要用到 50 個周長 24 英寸的磁盤。50 年後，商用硬碟機容量有突破性的增加，超過當年 6 萬倍的 320 GB，甚至是 20 萬倍的 1,000 GB硬碟相繼上市。造就這一波硬碟「肚量革命」的，是硬碟製程技術與相關材料的開發研究。

硬碟內的磁碟片一般是鋁鎂合金或玻璃材質的碟片，碟片上鍍製磁性金屬薄膜。當電腦開啟時，電流讓硬碟磁頭上的線圈產生磁場，改變了磁性薄膜上粒子的排列狀態，這就是資料的寫入。另一方面，磁頭感應到寫入時處理的磁性粒子產生的磁場訊號，就可以讀取磁碟紀錄。2000 年起，清華大學材料系賴志煌教授的研究團隊，開始投入硬碟記錄密度提升的研發，重點是磁碟片上那些厚度比頭髮直徑的 1％還薄的薄膜層。他們的研究成果已引起國內廠商的興趣，進行產學合作。

賴教授指出，垂直式記錄硬碟的磁碟片上最少分為基板、偏壓層、軟磁層、緩衝層和記錄層 5 個層次。在一般商用硬碟片中，總合起來覆蓋了最少 8 層的「奈米級薄膜」，每層都要選用多種材料混合，其中微量添加物的選用是關鍵所在。

賴教授的團隊透過材料微結構研究及磁性分析，發現薄膜材料從傳統的鈷鉻鉑合金到新型的顆粒式鈷鉻鉑－二氧化矽合金，再選擇適當的製程參數搭配，都會讓硬碟讀寫特性更好。另外，在薄膜添加物的選擇上，賴教授也嘗試在記錄層添加鉑，他發現若控制鉑的添加量，記錄層的讀寫效果可以獲得進一步的改善。

傳統的硬碟片，每個磁性粒子的０與１（Ｓ極和Ｎ極）都是「平躺」在磁碟圓盤上，叫作「水平式」（longitudinal magnetic recording, LMR）寫入技術。隨著記錄密度的增加，水平式記錄因為磁團的體積不斷縮小而喪失熱穩定性，使得記錄密度受到局限，因此世界各大研究團隊開始投入垂直式讀寫（perpendicular magnetic recording, PMR）技術的開發。

賴志煌教授指出，2006 年底開始，由於垂直式技術的引入，把磁碟上的金屬粒子以垂直（上下）方式磁化，每個記錄粒子所需的空間減少，記錄資料密度也大舉超越傳統水平式記錄技術的極限。

賴教授表示，從水平式轉換為垂直式技術，硬碟本身外型完全一樣，市面上售價也沒有太大的不同，但是研發成本相當高。PMR 技術的硬碟在 2006 年底開始商業化，2007 年起更一躍成為主流配備，國際大廠希捷（Seagate）公司所有的產品幾乎都使用了這項技術。目前儲存密度已經可以達到每平方英寸 100 GB，未來更上看每平方英寸 1 TB。

「其實硬碟很早就採用了奈米技術」，賴教授指著磁碟片上的薄膜說，磁碟片表層的薄膜是材料科學和磁學工程的縮版。50 年來全世界的磁片公司還不到 5 家，原因就是技術門檻太高。「寡占的市場，台灣應該有很大的機會」，賴教授指出，電腦已經是一般普遍的家用品，每年的產值更是倍數成長。未來，賴教授將投入磁碟片中磁性材料濺鍍的靶材研發，應該有機會為台灣打入國際市場。

深度閱讀

林夢嫻、何建新、賴志煌（民 96）超越兆位元之磁性垂直記錄媒體，科儀新知，29(1)，50-56。

資料來源

《科學發展》2008年8月，428期，74 ~ 75頁

靶材(2) 硬碟(4) 濺鍍(4) 科發月刊(5221)

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