CN100447572C - 具有高灵敏度和分辨能力的电子读取头及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有高灵敏度和分辨能力的电子读取头和操作该电子读取头的方法。该电子读取头包括：磁心部分，用于将数据记录在记录介质上/从该记录介质读取数据；和电极垫片，将磁心部分连接到电源。磁心部分的面向记录介质的表面是平坦表面，磁心部分的侧面垂直于所述平坦表面。

Description

具有高灵敏度和分辨能力的电子读取头及其操作方法
技术领域
本发明通常涉及一种测量仪器和操作该测量仪器的方法，更具体地讲，涉及一种具有高灵敏度和分辨能力的电子读取头和操作该电子读取头的方法。
背景技术
通过读取头(探针)方法来记录和读取数据的关键在于增加读取头的灵敏度和分辨能力。为了以高密度记录数据，读取头必须具有高分辨能力以感知记录介质中的小区域的极化。此外，由于产生小的极化变化，读取头必须具有高电阻变化和电压变化，即高灵敏度。
已广泛使用各种类型的读取头，如场效应晶体管(FET)探针型读取头、电阻探针型读取头、和EFM探针型读取头。
这些读取头适合于测量物理量，如掺杂在薄片的预定区域内的杂质的浓度。然而，这些读取头没有足够高的灵敏度和分辨能力来以高密度记录数据和读取高密度的数据。
发明内容
本发明提供一种具有提高的灵敏度从而能够增加信噪比和分辨能力的电子读取头。
本发明还提供一种操作电子读取头以记录和读取数据的方法。
根据本发明的一方面，提供一种电子读取头，包括：磁心部分，用于将数据记录在记录介质上/从该记录介质读取数据；和电极垫片，将磁心部分连接到电源，其中，磁心部分的面向记录介质的表面是平坦表面，磁心部分的侧面垂直于所述平坦表面。
所述的电子读取头还可包括：绝缘层，覆盖磁心部分的两个侧面以及电极垫片；和屏蔽层，覆盖所述绝缘层的侧面。
所述磁心部分可包括非导电区域和导电区域。
所述磁心部分可以是半导体层。所述导电区域可以是掺杂有导电杂质的区域。
根据本发明的另一方面，提供一种操作读取头的方法，该读取头包括磁心部分、将该磁心部分连接到电源的电极垫片、覆盖所述磁心部分的两个侧面以及电极垫片的绝缘层以及覆盖该绝缘层的侧面的屏蔽层，该方法包括：当使用该读取头从具有附在其底部的导电层的记录介质读取数据时，将屏蔽层接地。
所述导电层也可被接地。
所述磁心部分的面向记录介质的表面可以是平坦表面，磁心部分的侧面可垂直于该平坦表面。所述磁心部分包括非导电区域和导电区域。
因此，本发明可提高记录介质的轨道密度，即每英寸轨道数(TPI)和信噪比。
附图说明
通过参照附图对其示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是示出用于实现根据本发明的电子读取头的读取头和记录介质的剖视图；
图2是示出与图1中的读取头的极化角度θp和探针角度θr相应的读取电压的变化的三维图；
图3是示出与图1中的读取头的极化角度θp和读取头角度θr相应的读取电压等势线的变化的示图；
图4是根据本发明的、图1中的读取头的测量结果被应用于其的电子读取头的俯视图；
图5是示出根据本发明实施例的、图1所示的读取头的测量结果被应用于其的电子读取头和记录介质的剖视图；
图6是根据本发明另一实施例的、图1中的读取头的测量结果被应用于其的电子读取头的俯视图；
图7是示出从图6所示的电子读取头分离出的磁心部分以及磁心部分中的电极垫片的位置的主视图；
图8是解释根据本发明第一实施例在数据读取操作中操作电子读取头的方法的剖视图；
图9是示出在数据读取操作中当屏蔽层被接地时与屏蔽宽度Xs以及屏蔽层和磁心部分之间的距离Xd相应的读取电压的变化的三维图；
图10是示出在数据读取操作中当屏蔽层被接地时与屏蔽宽度Xs以及磁心宽度Xp相应的读取电压的变化的三维图；
图11是示出与屏蔽宽度Xs以及屏蔽层与磁心部分之间的距离Xd相应的读取电压等势线的变化的曲线图；
图12是示出与屏蔽宽度Xs以及磁心宽度Xp相应的读取电压等势线的变化的曲线图；
图13是示出当如图8所示使用电子读取头时与磁心宽度Xp以及屏蔽层与磁心部分之间的距离Xd相应的读取电压变化轮廓的三维图；
图14是示出与图13中的结果相应的读取电压等势线的变化的曲线图；
图15是示出根据本发明第二实施例在数据读取操作中操作电子读取头的方法的剖视图；
图16至图21是示出当如图15所示使用电子读取头时与屏蔽宽度Xs以及屏蔽层与磁心部分之间的距离Xd和磁心宽度Xp中至少一个相应的读取电压变化和读取电压等势线的变化的曲线图；和
图22至图24是示出在屏蔽宽度Xs为50nm、屏蔽层与磁心部分之间的距离Xd为10nm、并且磁心宽度Xp为50nm的情况下，当记录介质移动约100nm时读取电压的输出的曲线图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明涉及的实施例。在附图中，为了清晰，各层和区域的厚度被放大。
图1是电阻探针型读取头的剖视图。标号10、12和14分别表示记录介质、位于记录介质下方的导电层、和读取头。所示的读取头14具有与传统的电阻读取头相同的形状。读取头14具有一个顶端，该顶端具有面向记录介质10的表面S。记录介质10和读取头14之间的距离就是记录介质10与表面S之间的距离。记录介质10中的垂直箭头表示相应区域中的残余极化的方向。参考符号θp表示读取头14的倾斜面14s与读取头14的极化方向之间的极化角度。另外，参考符号θr表示读取头14的表面S与倾斜侧14s之间的读取头角度。在设计本发明的读取头时，极化角度θp和读取头角度θr是非常重要的变量。
图2和图3示出与极化角度θp和读取头角度θr相应的读取头14中的读取电压的变化。该读取电压是根据记录介质10的极化状态在读取头14中产生的电势差。
图2是示出图1所示的读取头14中的读取电压的变化的三维图，图3是示出图1所示的读取头14中的读取电压的变化的读取电压等势线的曲线图。
参照图2和图3，当极化角度θp越小并且读取头角度θr越大时，读取电压越大。这意味着具有最小极化角度θp和最大读取头角度θr的电子读取头产生最大的读取电压。
图4是根据本发明的电子读取头40的俯视图。参照图4，第一电极垫片60和第二电极垫片62分别被设置在磁心部分44的两端。第一电极垫片60和第二电极垫片62连接到电源64。参照图6，第一电极垫片60和第二电极垫片62可被设置在磁心部分44与第二绝缘层48之间。另外，第一电极垫片60和第二电极垫片62的位置可具有其他位置。
图5是沿图4中的线5-5’剖开的剖视图。在图5中，为了清晰，电子读取头40的大小被放大。
参照图5，电子读取头40包括：磁心部分44，用于将数据记录在记录介质42上/从记录介质42读取数据；第一绝缘层46和第二绝缘层48，覆盖磁心部分44的两侧；第一屏蔽层50，覆盖第一绝缘层46的侧面；和第二屏蔽层52，覆盖第二绝缘层48的侧面。标号54表示附在记录介质42的底部的导电层。第一绝缘层46和第二绝缘层48可由氧化硅层形成，第一屏蔽层50和第二屏蔽层52可由导电层形成。磁心部分44由半导体层形成，并包括非导电区域44b和导电区域44a。导电区域44a是在本征半导体层中掺杂有导电杂质的区域。此外，导电区域44a面向记录介质42，并且导电区域44a的电阻随着记录介质42的极化状态而变化。非导电区域44b是本征半导体层的区域，在其中没有掺杂导电杂质。
图7示出从图6所示的电子读取头40分离出的磁心部分44。参照图6和图7，第一电极垫片60和第二电极垫片62沿着导电区域44a和非导电区域44b布置。电源64通过第一电极垫片60和第二电极垫片62被施加到导电区域44a的两端。
为了在使用电子读取头40从记录介质42读取数据过程中增强灵敏度，电子读取头40的第一屏蔽层50和第二屏蔽层52如图8所示被接地(以下，称为第一实施例)，或者如图15所示与导电层54一起被接地(以下，称为第二实施例)。
图9是示出在第一实施例中与屏蔽层50和52的宽度Xs以及磁心部分44和屏蔽层50和52之间的距离Xd相应的读取电压的变化的三维图。图10是在第一实施例中与屏蔽层50和52的宽度Xs以及磁心部分44的宽度Xp相应的读取电压的变化的三维图。
参照图9和图10，当磁心部分44的宽度Xp变小时，读取电压变大。此外，当屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离变小时，读取电压变大。然而，读取电压的变化与屏蔽层50和52的宽度Xs的变化无关。这由图11和图12支持。图11是示出使用屏蔽层50和52的宽度Xs以及屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离Xd作为参数的读取电压等势线的变化的曲线图。图12是示出使用屏蔽层50和52的宽度Xs以及磁心部分44的宽度Xp作为参数的读取电压等势线的变化的曲线图。参照图11和图12，当屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离Xd以及磁心部分44的宽度Xp改变时，读取电压等势线变化。另一方面，当屏蔽层50和52的宽度Xs变化时，读取电压等势线没有变化。因此，尽管屏蔽层50和52的宽度Xs变化，但读取电压没有变化。
图13是示出在第一实施例中与屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离Xd以及磁心部分的宽度Xp相应的读取电压的变化的三维图。参照图13，当磁心部分44的宽度Xp变窄并且屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离Xd变小时，读取电压变大。这可从图9和图10中得出。
图14使用读取电压等势线的变化示出图13中的结果。
参照图14，当磁心部分44的宽度Xp以及屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离Xd变小时，等势线中的读取电压增大。
在图11、图12和图14中，每条等势线上所写的数字表示相应的读取电压等势线的读取电压。
图16至图21是示出在第二实施例中与屏蔽层50和52的宽度Xs以及Xd和Xp中至少一个相应的读取电压和读取电压等势线的变化的曲线图，Xd是屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离，Xp是磁心部分44的宽度。除了读取电压略微增加之外，图16至图21与图9至图14相似。因此，图16至图21的详细描述将省略。
当没有设置第一屏蔽层50和第二屏蔽层52时，即当仅设置有磁心部分44时，读取电压和读取电压等势线的变化与图2和图3中的一致。
图22至图24是示出在屏蔽层50和52的宽度Xs为50nm、屏蔽层50和52与磁心部分44之间的距离Xd为10nm、并且磁心部分44的宽度Xp为50nm的情况下，当记录介质移动约100nm时读取电压的输出的曲线图。
图22是示出当没有屏蔽层50和52时读取电压的输出的曲线图。图23和图24是有第一屏蔽层50和第二屏蔽层52的第一和第二实施例的曲线图。
参照图22，当没有设置屏蔽层50和52时，读取电压略低于8V。参照图23，在第一实施例中读取电压略微超过40V。参照图24，在第二实施例中读取电压略微超过55V但没有达到60V。
如上所述，在本发明的电子读取头中，面向记录介质的表面具有平坦的结构而不是锐利的结构。相应地，当实际用于记录/读取数据的磁心部分的宽度变小并且磁心部分与屏蔽层之间的距离变小时，读取电压增加。这导致该电子读取头的分辨能力和灵敏度二者的提高。因此，本发明可增加记录介质的轨道密度，即每英寸轨道数(TPI)和信噪比。
尽管已参照其示例性实施例具体地显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围和精神的情况下，可在其中进行各种形式和细节上的改变。

Claims (11)

1、一种电子读取头，包括：
磁心部分，用于将数据记录在记录介质上/从该记录介质读取数据；和
电极垫片，将磁心部分连接到电源，
其中，磁心部分的面向记录介质的表面是平坦表面，磁心部分的侧面垂直于所述平坦表面。
2、如权利要求1所述的电子读取头，还包括：
绝缘层，覆盖磁心部分的两侧以及电极垫片；和
屏蔽层，覆盖所述绝缘层的侧面。
3、如权利要求1所述的电子读取头，其中，所述磁心部分包括非导电区域和导电区域。
4、如权利要求2所述的电子读取头，其中，所述磁心部分包括非导电区域和导电区域。
5、如权利要求1所述的电子读取头，其中，磁心部分是半导体层。
6、如权利要求3所述的电子读取头，其中，所述导电区域是掺杂有导电杂质的区域。
7、如权利要求4所述的电子读取头，其中，所述导电区域是掺杂有导电杂质的区域。
8、一种操作读取头的方法，该读取头包括磁心部分、将该磁心部分连接到电源的电极垫片、覆盖所述磁心部分的两个侧面以及电极垫片的绝缘层以及覆盖该绝缘层的侧面的屏蔽层，该方法包括：
当使用该读取头从记录介质读取数据时，将屏蔽层接地，所述记录介质具有附在其底部的导电层。
9、如权利要求8所述的方法，其中，所述导电层被接地。
10、如权利要求8所述的方法，其中，磁心部分的面向记录介质的表面是平坦表面，磁心部分的侧面垂直于该平坦表面。
11、如权利要求8所述的方法，其中，所述磁心部分包括非导电区域和导电区域。
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