CN1627371A - 垂直记录磁盘设备 - Google Patents

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Abstract

一种垂直记录磁盘设备，该设备包括：包含钉扎层(12)、软衬层(13)和垂直记录层(14)的垂直双层介质(10)，以及包含主磁极(31)、回行轭铁(32)与励磁线圈(33)的写磁头。在该设备中，磁化可恢复磁场Hexf大于写磁头(30)施加到钉扎层(12)的磁场，通过所述磁化可恢复磁场，钉扎层(12)和软衬层(13)可确保磁化恢复率为1。

Description

垂直记录磁盘设备
技术领域
本发明涉及垂直记录磁盘设备。
背景技术
目前正在开发的垂直记录磁盘设备使用了利用单极磁头向有软衬层(SUL)和垂直记录层的所谓垂直双层介质进行写操作的方法。在该垂直记录磁盘设备中，利用单极磁头和软衬层之间的磁耦合，即从主磁极通过软衬层向回行轭铁流动的磁通量，将数据写入垂直记录层。从信号质量的观点看，软衬层内磁化的稳定性非常重要。
对垂直记录磁盘设备的一项要求是几乎没有介质噪声。具体而言，要求不产生尖峰噪声，彩色宽带噪声总体上很低，而且频率特性小。然而，由于软衬层的矫顽力Hc很小，所以常常在磁场的影响下形成磁墙。当记录头从磁畴壁上经过时，在读信号中就产生尖峰噪声。因此，要求在软衬层中很少形成磁畴壁。为达此目的，采用了一种结构，通过在软衬层下面形成，例如，硬质磁性材料制成的钉扎层，将软衬层的磁化固定在预定方位上。
按常规做法，公开了使用即使在磁场施加于软衬层时也很少形成磁畴壁的介质(公开出版号为№.2003-109201的日本专利申请说明书)。在该参考资料中，根据软衬层面内方向上的M-H曲线，获得了一条直线与M-H曲线和横坐标轴在逆向交会点(-Hc，0)上的切线之间的交会点，并且在所述交会点上的磁场绝对值Hn被作为参数使用，所述直线连接了第一象限中磁化达到饱和的点(Hs，Ms)以及M-H曲线与纵坐标的正向交会点(0，Mr)。在该垂直记录介质中，纵向地施加到磁记录层的最大磁场小于磁场Hn。所以，软衬层的磁化因保留饱和磁化值而变化，而且M-H曲线不形成小回路。这样就有可能通过在软衬层和钉扎层之间的交换耦合相互作用而将磁化保持在同一个方向上。
如果在钉扎层和软衬层之间的交换耦合过强，则在施加磁场的时候在钉扎层内的磁化可能会和在软衬层内的磁化一起倒转。所以，关于通过适当弱化在软衬层和钉扎层之间的交换耦合力来抑制磁化偏移的方案也已为人所共知(公开出版号为№.2003-162807的日本专利申请说明书)。具体而言，在面内硬衬层、中间层、面内软衬层和磁记录层都堆积在衬底上的磁记录介质中，制成中间层的材料从一组材料中选择，其中包括饱和磁化小于面内硬衬层的磁层、厚度为0.5纳米或更小的非磁层以及面内硬衬层的氧化层。
导致垂直双层介质中软衬层的磁化偏出预定方向的原因包括写磁头对钉扎层施加的磁场。为了获得很高的写性能，必须加强在记录层中心的磁头磁场。然而，当该磁头磁场变强时，施加到钉扎层的磁场也变强。如果来自写磁头的磁场过强，就有可能在软衬层内出现磁化偏移。
在考虑介质的可制造性时，较薄的软衬层估计比较受欢迎，因为可以提高软衬层的均匀性并减少灰尘。虽然常规软衬层的厚度为200至250纳米，所瞄准的未来目标厚度则在150纳米或更小，而更适宜的厚度为100纳米或更小。当软衬层做到如此之薄时，写磁头施加到钉扎层的磁场还要增强，软衬层内的磁化可能很容易偏移。不幸的是，为防止软衬层内磁化偏移的垂直记录磁盘设备的设计标准尚未建立。
发明内容
根据本发明实施例的垂直记录磁盘设备包括：包括钉扎层、软衬层和垂直记录层的垂直双层介质；以及包括主磁极、回行轭铁与励磁线圈的写磁头，磁化可恢复磁场大于写磁头施加到钉扎层的磁场，钉扎层和软衬层通过所述磁化可恢复磁场Hexf可确保磁化恢复率为1。
在根据本发明实施例的垂直记录磁盘设备中，如果Tw是主磁极的单位为微米的磁道宽度，PT是主磁极磁头磁道方向上的单位为微米的尺寸，B(T)是饱和磁通量密度，而 t是软衬层的单位为纳米的厚度，则磁化可恢复磁场满足以下公式所表述的关系：Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))。
附图说明
图1是一幅透视图，展示根据本发明实施例的垂直磁盘设备的磁盘和磁头；
图2A展示了软衬层的厚度 t与施加到记录层中心的磁场Hmax之间的关系；
图2B展示了软衬层的厚度 t与施加到钉扎层的面内磁场Hh之间的关系；
图3A展示了磁头主磁极的磁道宽度Tw与施加到记录层中心的磁场HMAX之间的关系；
图3B展示了磁头主磁极的磁道宽度Tw与施加到钉扎层的面内磁场Hh之间的关系；
图4是根据本发明实施例的垂直磁盘设备的平面图；
图5A展示了外部磁场与读失真之间的关系；
图5B展示了读失真与误码率BER之间的关系。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的实施例加以说明。
图1是一幅透视图，展示根据本发明实施例的垂直磁盘设备的磁盘和磁头。现在看图1，该图利用沿磁道方向通过主磁极中心的剖面图对磁头加以说明。如图1所示，磁盘10的结构方式是将用硬质材料制成的钉扎层12、软衬层13以及用具有垂直各向异性的磁性材料制成的垂直记录层14都堆积在衬底11上。磁头20包括写磁头30和读磁头40。写磁头30包括主磁极31、回行轭铁(屏蔽轭铁)32以及励磁线圈33。读磁头40位于写磁头30的导引侧，而且在其结构中，巨型磁阻(GMR)部件42设置在一对屏蔽41之间。
如图1所示，钉扎层12处于软衬层13之下，软衬层13的磁化通过使用交换耦合而固定，因此避免了磁畴壁的形成，并防止产生尖峰噪声。当磁场施加到钉扎层和软衬层而且随后磁场被清除时，如果这些层内的磁化返回到原来的状态，就可以说没有出现磁偏移。在本发明中，如果在所施加的磁场被清除后，钉扎层和软衬层内的磁化完全返回到原来状态，这就可以被定义为整体磁化恢复率。而且，通过施加的最大的磁场，这些层确保整体磁化恢复率，这里，将所述施加的最大的磁场定义为磁化可恢复磁场Hexf。
如上所述，在垂直记录磁盘设备中，写磁头施加到钉扎层的磁场会导致软衬层内的磁化偏出预定方向。在本发明中，可以通过满足如下关系，即磁化可恢复磁场Hexf大于由写磁头施加到钉扎层的面内磁场，而避免在软衬层内的磁化偏移。
因此下面将对写磁头施加到钉扎层的面内磁场Hh加以讨论。
一种可能影响磁场Hh的因素是软衬层的厚度 t(纳米)。也就是说，软衬层的 t越小，写磁头与钉扎层的距离就越小，即磁间隔就越小，其结果是增强了由写磁头发出的磁场。
使用主磁极磁道宽为0.16微米、主磁极磁头磁道方向上的尺寸PT为0.2微米、主磁极饱和磁通量密度B为2.3T、间隙G为0.1微米的写磁头，通过模拟确定了在数据写入磁盘时施加到包含厚度为 t的软衬层的磁盘上的场强。
图2A展示了软衬层的厚度 t与施加到记录层中心的磁场Hmax之间的关系。图2B展示了软衬层的厚度 t与施加到钉扎层的面内磁场Hh之间的关系。
如图2B所示，当软衬层的厚度 t下降时，由写磁头施加到钉扎层的面内磁场Hh大大增强。例如，当软衬层的厚度 t为80纳米时，磁场Hh就为650 Oe(奥斯特)。所以，当使用上述尺寸的磁头时，软衬层的厚度 t为80纳米的磁盘必须具有650 Oe或更大的磁化可恢复磁场Hexf。
另一种可能影响磁场Hh的因素是主磁极的尺寸，例如，主磁极的磁道宽度Tw。也就是说，主磁极的磁道宽度Tw越小，施加到钉扎层的磁场Hh就越弱。
使用主磁极磁头磁道方向上的尺寸PT为0.2微米、主磁极饱和磁通量密度B为2.3T以及间隙G为0.1微米的写磁头，通过模拟确定了在数据写入磁盘时施加到包含厚度 t为80纳米的软衬层的磁盘上的场强。
图3A展示了磁头主磁极的磁道宽度Tw与施加到记录层中心的磁场Hmax之间的关系。图3B展示了磁头主磁极的磁道宽度Tw与施加到钉扎层的面内磁场Hh之间的关系。例如，当主磁极的磁道宽度Tw减小到0.12微米时，施加到包含厚度 t为80纳米的软衬层的磁盘上的磁场Hh大约为610 Oe，小于图2B所示Tw为0.16微米时的磁场。因此，该磁盘设备只需要有610 Oe或更大的磁化可恢复磁场Hexf。
根据图2A至3B所示的结果，施加到记录层中心的磁场Hmax、主磁极的磁道宽度Tw(微米)、主磁极磁头磁道方向上的尺寸PT(微米)、主磁极的饱和磁通量密度B(T)、软衬层的厚度 t(纳米)以及由磁头施加到钉扎层的磁场Hh之间的关系通过以下公式表示：
Hmax((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw)，
Hh/Hmax＝201*exp(-0.014*t)，以及
Hh＝(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))。
因此，如果磁化可恢复磁场Hexf满足以下公式的条件，就可以克服写磁头向钉扎层施加的面内磁场而避免软衬层内的磁场偏移：
Hexf＞(((0.264*log(k)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))。
为了增强磁化可恢复磁场Hexf，设想增大钉扎层的厚度或使用具有很高磁各向异性的材料制作钉扎层。还可以通过在钉扎层与软衬层之间增加饱和磁化低于钉扎层的磁中间层的方法，适当减弱在钉扎层与软衬层之间的交换耦合力，从而抑制软衬层内的磁化偏移。
图4是根据本发明实施例的垂直磁盘设备的平面图。磁盘103以可旋转的方式与安装在基座101上的主轴马达箝位器102连接。支臂105由磁盘103近旁的枢轴104支撑。悬挂装置106与支臂105的末端连接。滑块与磁头107连接悬挂装置106末端的空气轴承表面。音圈马达(VCM)108位于支臂105的近端一侧。VCM 108有围绕线轴转动的驱动线圈，以及在驱动线圈两侧彼此相对的永久磁铁和反轭铁(counteryoke)。向VCM 108的驱动线圈提供电流时，支臂就围绕枢轴104旋转。
在本发明中，为了确保钉扎层和软衬层的磁化可恢复率为1，在优选情况下，考虑在写磁头向钉扎层施加的磁场Hh之外由VCM向钉扎层再施加磁场Hv。作为磁场Hv，只要考虑向位于磁盘最外围、离VCM最近的数据区内的钉扎层施加磁场即可。作为由VCM向钉扎层施加的磁场Hv，可以使用位于磁盘最外围附近的磁强计所测量的值。
在本发明中，在优选情况下磁化可恢复磁场Hexf比写磁头向钉扎层施加的磁场Hh与VCM向钉扎层施加的磁场Hv的总和还大，即在优选情况下保持Hexf＞Hh+Hv。因此，在优选情况下满足以下公式的条件：Hexf＞(((0.264*log(k)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv。
以下将说明利用磁化可恢复磁场Hexf值各不相同的多个磁盘对所制造的磁盘设备所进行的评估结果。进行评估使用了主磁极磁道宽为0.2微米、主磁极磁头磁道方向上的尺寸PT为0.2微米、主磁极饱和磁通量密度B为2.15T的写磁头。磁盘设备的制造利用了两种类型的磁盘，各有厚度 t为120纳米的软衬层，和分别为250和500Oe的磁化可恢复磁场Hexf。在每部设备中，VCM向磁盘最外围的数据区内的钉扎层施加的磁场Hv为60Oe。而且，根据上述公式计算的由写磁头施加到钉扎层的磁场Hh为274Oe。因此，如果磁化可恢复磁场Hexf为334Oe或更多，则信号质量可能会下降。
实际上，在使用磁化可恢复磁场Hexf为250Oe的磁盘的磁盘设备中已发现了尖峰噪声。这表明在软衬层内出现了磁化偏移。对内部发生磁化偏移的磁盘的光学表面分析仪(OSA)图像进行了检查。结果，在磁盘的两个部分内发现了主要在径向方向上的磁畴壁。在形成磁畴壁的部分没有获得数据。尤其是在磁畴壁延伸到伺服区的区域，设备由于伺服信号丢失而无法运行。
相比之下，在使用磁化可恢复磁场Hexf为500Oe的磁盘的磁盘设备中未发现尖峰噪声，这表明没有出现磁化偏移。此外，没有因为数据丢失或伺服丢失而出现故障，而且设备的运行没有问题。
下面将说明利用磁化可恢复磁场Hexf值相同而软衬层厚度 t不同的多个磁盘对所制造的磁盘设备所进行的评估结果。像上面的评估一样，该评估使用了主磁极磁道宽Tw为0.2微米、主磁极磁头磁道方向上的尺寸PT为0.2微米、主磁极饱和磁通量密度B为2.15T的写磁头。磁盘设备的制造也使用了3种类型的磁盘，其软衬层厚度分别为120、150和180纳米，而磁化可恢复磁场Hexf均为300Oe。在每部设备中，VCM向磁盘最外围的数据区内的钉扎层施加的磁场Hv为60Oe。而且，根据上述公式计算的由写磁头施加到钉扎层的磁场Hh分别为275Oe(t＝120纳米时)、182Oe(t＝150纳米时)和120Oe(t＝180纳米时)。因此，如果各部设备的磁化可恢复磁场Hexf分别为315Oe或更多(t＝120纳米时)、242Oe或更多(t＝150纳米时)和180Oe或更多(t＝180纳米时)，则信号质量可能会下降。
实际上，在使用软衬层厚度 t为120纳米的磁盘的磁盘设备中已发现了尖峰噪声。其结果是没有获得数据或设备由于伺服信号丢失而无法运行。
相比之下，在使用软衬层厚度 t分别为150和180纳米的磁盘的磁盘设备中未发现尖峰噪声，所以，没有因为数据丢失或伺服丢失而出现故障，而且设备的运行没有问题。
此外，在写磁头向钉扎层施加的磁场Hh和VCM向钉扎层施加的磁场Hv之外还可向磁盘设备施加外部磁场。尤其是当磁盘设备要在移动中使用时，应考虑外部磁场的影响。如果外部磁场为Ht，在优选情况下可恢复磁场Hexf满足以下关系：Hexf＞Hh+Hv+Ht，以便保持磁化恢复率为1，避免磁化偏移。
像上面的评估一样，该评估使用了主磁极磁道宽Tw为0.2微米、主磁极磁头磁道方向上的尺寸PT为0.2微米、主磁极饱和磁通量密度B为2.15T的写磁头。磁盘设备的制造使用了软衬层厚度 t为150纳米和磁化可恢复磁场Hexf为400Oe的磁盘。由VCM向磁盘最外围的数据区内的钉扎层施加的磁场Hv为60Oe。而且，根据上述公式计算的由磁头施加到钉扎层的磁场Hh为182Oe。
具有50、100、150、200和250Oe的外部磁场从磁盘设备的上方位置施加。其结果是，当外部磁场为200Oe或更小时，没有发现尖峰噪声，表明没有出现磁化偏移。此外，没有因为数据丢失或伺服丢失而出现故障，而且设备的运行没有问题。然而，当施加的外部磁场为250Oe时，发现了尖峰噪声，表明在软衬层中出现了磁化偏移。
当施加外部磁场时，GMR部件在读磁头中的使用增大了读失真和误码率(BER)。根据这一观点还定义了可允许的外部磁场。
图5A展示了外部磁场与读失真之间的关系。根据图5A，当外部磁场为200Oe或更大时，读失真就超出了15％。图5B展示了读失真与误码率BER之间的关系。根据图5B，当读失真超出15％时，BER就变成比没有读失真时小-0.8个数量级。根据这些结果，为了避免BER恶化，外部磁场最好为200Oe或更小。因此，在优选情况下可恢复磁场Hexf满足以下公式所表述的关系：
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv+200。
本领域技术人员将很容易地想到其它一些优点和修改的地方。因此，从更宽的方面讲，本发明不只限于以上所显示和说明的特定细节和具有代表性的实施例。在不违背所附权利要求书及其等效文件所定义的总体发明设想的实质和范围的前提下，可相应地作出各种修改。

Claims (5)

1.一种垂直记录磁盘设备，其特征在于，该设备包括：
包括钉扎层(12)、软衬层(13)和垂直记录层(14)的垂直双层介质(10)；以及
包括主磁极(31)、回行轭铁(32)与励磁线圈(33)的写磁头(30)，
磁化可恢复磁场Hexf大于写磁头(30)施加到钉扎层(12)的磁场，通过所述磁化可恢复磁场，钉扎层(12)和软衬层(13)可确保整体磁化恢复率。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，如果Tw是主磁极(31)的单位为微米的磁道宽度，PT是主磁极(31)磁头磁道方向上的单位为微米的尺寸，B(T)是饱和磁通量密度，而 t是软衬层(13)的单位为纳米的厚度，则磁化可恢复磁场Hexf满足以下公式所表述的关系：Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，如果Tw是主磁极(31)的单位为微米的磁道宽度，PT是主磁极(31)磁头磁道方向上的单位为微米的尺寸，B(T)是饱和磁通量密度， t是软衬层(13)的单位为纳米的厚度，而Hv是音圈马达(108)向垂直双层介质(10)最外围上的钉扎层(12)所施加的磁场，则磁化可恢复磁场Hexf满足以下公式所表述的关系：
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，如果Tw是主磁极(31)的单位为微米的磁道宽度，PT是主磁极(31)磁头磁道方向上的单位为微米的尺寸，B(T)是饱和磁通量密度， t是软衬层(13)的单位为纳米的厚度，而Hv是音圈马达(108)向垂直双层介质(10)最外围上的钉扎层(12)所施加的磁场，而且如果最大外部磁场为200(Oe)，则磁化可恢复磁场满足以下公式所表述的关系：
Hexf＞(((0.264*log(t)+2.77)*B-0.09)*exp(3.48*PT*Tw))*(201*exp(-0.014*t))+Hv+200。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，软衬层(13)的厚度为150纳米或更小。
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