CN1841502A - 磁盘装置 - Google Patents

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Abstract

一种磁盘装置，其具有能够磁性地记录数据的磁盘介质，包括：电流垂直于平面型磁再现磁头(1)，其包括由一个在另一个上层叠的多个磁性膜构成的磁阻效应元件(10)，并使检测电流在垂直于所述多个磁性膜的层叠面的方向流动；高通滤波器(3)，其抑制从所述磁再现磁头输出的再现信号的低频分量；以及再现信号处理部分(4)，其从已抑制低频分量的所述再现信号再现数据。

Description

磁盘装置
技术领域
本发明的一个实施例涉及一种磁盘装置，其使用电流垂直于平面(CPP)型磁头。
背景技术
近年来，磁记录装置，例如硬盘单元的尺寸变得日益缩小，而记录密度变高。预计该趋势今后将变强。由于记录密度变高，要求更高灵敏度的传感器。为满足该要求，已开发了CPP-GMR(电流垂直于平面型GMR)元件。使用CPP-GMR元件使得可以形成高密度、高输出的磁头。
在使用这种磁阻效应元件的磁头中，使检测电流穿过磁性膜的膜厚流动。因此，由于磁头尺寸减小，偏置电流穿过的膜表面的截面面积减小，导致电流密度增大。从而，在特殊现象中，由自旋转移效应(spin transfereffect)引起的噪声变得显著。
自旋转移效应是，当自旋极化的电子在磁性材料中流动时，通过置换具有自旋角动量的磁性材料中的电子，产生改变元件的磁化方向的转矩。这种现象变得显著，并且在再现信号中的噪声变大，使得读取误差易于发生。因此，希望采取适当的措施以处理该问题。
关于相关技术，在日本专利申请公开6-259702中已公开了抑制在再现信号中的噪声的措施的一个实例。在该文献中，描述了对由磁盘介质的衬里层的磁壁产生的噪声的抑制措施。在该文献中的磁头是所谓的单磁极型，其使用在磁头上的相同元件进行记录和再现。此外，在该文献中，没有对CPP-GMR元件的描述，并未考虑在本发明所处理的物理尺寸上获得足够再现输出。
如上所述，在电流垂直于平面的磁头中，由于磁头尺寸减小，由自旋转移效应引起的噪声效应变大，使得读取误差易于发生。因此，记录密度的增大可能达到上限，因此希望采取抑制该效应的适当措施。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够降低由自旋转移效应引起的噪声并实现更高记录密度的磁盘装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种磁盘装置，其具有能够磁性地记录数据的磁盘介质，所述装置包括：电流垂直于平面型磁再现磁头，其包括由一个在另一个上层叠的多个磁性膜构成的磁阻效应元件，并使检测电流在垂直于所述多个磁性膜的层叠面的方向流动；高通滤波器，其抑制从所述磁再现磁头输出的再现信号的低频分量；以及再现信号处理部分，其从已抑制低频分量的所述再现信号再现数据。
以此方式，抑制再现信号的低频分量。由于由自旋转移效应引起的噪声分量偏向低频侧，利用上述结构可有效去除噪声分量，这使得可以进一步提高磁盘装置的记录密度。
根据本发明，可降低由自旋转移效应引起的噪声，并且可进一步提高磁盘装置的记录密度。
为概述本发明，在此描述了本发明的特定方面、优点、以及新颖特征。应理解，根据本发明的任何特定实施例不必实现所有这些优点。因此，本发明可以这样的方式实施或进行，使得实现或最优化在此示出的一个或一组优点，而不必实现可在此示出或建议的其它优点。
附图说明
现在将参考附图描述实现本发明的各种特征的总体结构。为了示出本发明的实施，而不是为了限制本发明的范围，提供附图和相关的描述。
图1是根据本发明的磁盘装置的第一实施例的示例性功能方框图；
图2是可在其中安装与实施例相关的磁头的硬盘单元的示例性外部透视图；
图3是示出图1的再现磁头1的示意结构的示例性截面图；
图4是示出图3的磁阻效应膜10的膜结构的示例性截面图；
图5示出通过测量具有和不具有高通滤波器3的再现磁头1的磁头噪声谱获得的示例曲线图；
图6是根据本发明的磁盘装置的第二实施例的示例性功能方框图；
图7示意示出在根据本发明的磁盘装置的第三实施例中的示例性磁阻效应膜；
图8示出在存在和不存在高通滤波器和微分电路7的情况下，通过测量具有包括电流控制层的磁阻效应膜10的再现磁头1的磁头噪声谱获得的曲线图；
图9是根据本发明的磁盘装置的第四实施例的示例性功能方框图；以及
图10是为帮助理解图9的读出偏置调整电路8的工作的示例图。
具体实施方式
下文中将参考附图描述根据本发明的各种实施例。通常，根据本发明的一个实施例，一种具有能够磁性地记录数据的磁盘介质的磁盘装置，包括：电流垂直于平面型磁再现磁头，其包括由一个在另一个上层叠的多个磁性膜构成的磁阻效应元件，并使检测电流在垂直于所述多个磁性膜的层叠面的方向流动；高通滤波器，其抑制从所述磁再现磁头输出的再现信号的低频分量；以及再现信号处理部分，其从已抑制低频分量的所述再现信号再现数据。
[第一实施例]
根据实施例，图1是根据本发明的磁盘装置的第一实施例的示例性功能方框图。在图1中，再现磁头1在磁盘介质(未示出)附近使用，并输出再现信号，其波形对应于在介质表面的磁场。再现信号通过读出放大器2放大。其低频分量通过高通滤波器(HPF)3受到抑制。将抑制低频的再现信号输入再现信号处理部分4，其再现盘介质上的数据。再现信号处理部分4连接到硬盘控制器(HDC)5和CPU(中央处理单元)6。硬盘控制器5和CPU 6进行再现数据误差校正处理和对再现磁头1的定位控制。
图1的再现磁头包括由一个在另一个上层叠的多个磁性膜构成的磁阻效应元件。磁阻效应元件的电阻根据来自盘介质表面的辐射磁场而变化。通过检测该变化获得再现信号。图1的再现磁头具体地说是电流垂直于平面的类型。在这种再现磁头中，用于检测电阻变化的检测电流以垂直于磁性膜的层叠面的方向流动。
图2是可在其中安装实施例的磁头的硬盘单元的示例性外部透视图。可以将与本发明相关的磁头安装到磁再现装置中，该磁再现装置读取被磁性地记录在磁盘介质上的数字数据。通常的磁盘介质是嵌入硬盘驱动器中的盘片。此外，可以将本发明的磁头安装于磁记录/再现装置中，其也具有向磁盘介质上写入数字数据的功能。
在图2的硬盘单元150中，使用旋转致动器移动磁头。在图2中，将记录盘介质200安装在主轴152上。通过响应来自驱动单元控制部分(未示出)的控制信号的电动机，盘介质200以由箭头A所示的方向旋转。可提供多于一个的盘介质200。这种装置称为多盘片类型。
在薄膜悬架154的末端提供的磁头滑动器153向盘介质200上存储信息，并再现在盘介质200上记录的信息。磁头滑动器153具有在其末端附近安装的图1的再现磁头1。盘介质200旋转，使磁头滑动器153的面向介质的一侧(ABS)从盘介质200的表面向上浮起恒定距离。本发明的磁头可应用于所谓的接触移动类型，其使滑动器与盘介质200接触。
悬架154连接到致动器臂155的一端，该致动器臂155包括保持驱动线圈(未示出)的线轴部分(未示出)。在致动器臂155的另一端，提供作为线性电动机的音圈电动机156。音圈电动机156由驱动线圈(未示出)和磁路构成，其中驱动线圈缠绕在致动器臂155的线轴部分上，磁路由被设置为相对于彼此并将线圈夹在其之间的永久磁体和相对的磁轭构成。通过在主轴157的顶部和底部两个位置提供的球轴承(未示出)以这种方式保持致动器155，使其可以与音圈电动机156枢轴地自由滑动。
此外，硬盘单元150包括在柔性衬底上形成的信号处理部分158。将读出放大器2、高通滤波器3、再现信号处理部分4、硬盘控制器5、以及CPU 6主要安装在信号处理部分158上。可将读出放大器2安装在悬架154的再现磁头1的附近。
图3是示出图1的再现磁头的示意结构的示例性截面图。再现磁头1包括由一个在另一个上层叠的多个磁性膜构成的磁阻效应膜10。在磁阻效应膜10的每侧上，这样形成用于对磁阻效应膜10施加偏置磁场的偏置层23，使得将其包在绝缘层24中。在磁阻效应膜10和绝缘层24的顶部和底部上分别形成上电极和磁屏蔽层21以及下电极和磁屏蔽层22。对这些电极21、22施加读出偏置电压，使检测电流以垂直于磁阻效应膜10的膜表面的方向流动。通过磁头放大器将检测电流的变化输入读出放大器(图1)。图3的磁阻效应膜10是电流垂直于平面类型。即使其为小元件尺寸，例如90nm×90nm，在磁盘装置中可获得足够的再现输出。
图4是示出图3的磁阻效应膜10的膜结构的示例性截面图。在图4中，在衬底(未示出)上以如下顺序一个在另一个上地层叠下电极11、基层12、反铁磁性层13、磁化固定层14、非磁性中间层15、磁化自由层16、保护层17、以及上电极18。
图5示出通过测量在具有和不具有高通滤波器3的再现磁头1上的磁头噪声谱获得的示例曲线图。该图示出了在以下条件下的测量结果：磁头偏置电压＝100mV。如图5所示，在提供高通滤波器3的情况下，在低频区的噪声水平明显下降。因此，提高了再现信号的S/N比，这使得能够抑制误差的发生。结果，可以使记录密度更高。
电流垂直于平面的磁阻效应膜具有这样的特性，其尺寸减小得越多，由自旋转移效应引起的噪声变得越显著。由于噪声显示为1/f型噪声，低频区的噪声变大。在本实施例中，为克服该问题，提供高通滤波器3，从而抑制低频噪声，这降低了总体噪声功率。这不仅抑制了再现信号波形的失真，并且提高了S/N比，这使得可以降低读出误差。
尤其在图5的条件下，希望将高通滤波器3的截止频率设定在20MHz。具体地说，将高通滤波器3的截止频率设定为大于等于0.01MHz且小于等于20MHz，优选设定为为大于等于0.1MHz且小于等于10MHz。当截止频率小于等于0.01MHz时，很难有效抑制低频。此外，当截止频率大于等于20MHz时，甚至会抑制再现信号。
如上所述，在本实施例中，高通滤波器3的使用抑制了在再现信号中的低频噪声，从而消除由电流垂直于平面型再现磁头固有的自旋转移效应引起的不利影响。这提高了S/N比。除此以外，使用电流垂直于平面型磁阻效应膜10允许产生足够的再现输出。此外，由于可减小元件尺寸，可使记录密度更高。
[第二实施例]
图6是根据本发明的磁盘装置的第二实施例的示例性功能方框图。在图6的磁盘装置中，将图1的高通滤波器3适当设置以用作微分电路。也就是说，在图6中，在放大来自再现磁头1的再现信号的读出放大器2与再现信号处理部分4之间插入高通滤波器和微分电路7。通过将高通滤波器3(图1)的截止频率设定为使得由自旋转移效应引起的噪声的降低与微分波形的产生可以一致的值，而获得高通滤波器和微分电路7。
图6的结构可适当用于垂直记录磁盘装置。众所周知，在垂直记录方法中的再现信号的波形为矩形。在平面内记录方法中的再现信号的波形为类似脉冲的形状。因此，对垂直记录磁盘装置施加图6的结构使得可以对矩形波形求微分，以获得脉冲波形，这使得可以共享与平面内记录方法相同的信号处理系统。因此，可以通过共享部件降低成本，并在产品制造时获得大的收益。
[第三实施例]
图7示意示出在根据本发明的磁盘装置的第三实施例中的示例性磁阻效应膜。在第三实施例中，改变在图4的磁阻效应膜10中的非磁性中间层17的结构。具体地说，代替均匀组成，如此配置非磁性中间层(由标号31表示)，使导电材料34在绝缘材料33中离散分布，如图7所示。绝缘材料33使邻近层(图4的磁化固定层14和磁化自由层16)相互电绝缘。分散地形成在绝缘材料33中的导电材料34电连接磁化固定层14和磁化自由层16。这导致检测电流以局限方式流过导电材料。该现象称为电流局限效应。公知该效应使非磁性中间层3的电阻增大。具有图7的结构的层称为电流控制层。
由于具有图7的电流控制层的磁阻效应元件具有高电阻变化率，从而可实现较高记录密度的磁盘装置。同时，由于其尺寸小，由自旋转移效应引起的噪声显著，结果不能预期相应于增大的输出的S/N比。为克服该缺点，通过高通滤波器去除低频区的噪声，这使得可以不仅抑制再现信号波形的失真和改善S/N比，并且降低读取误差。
图8示出在存在和不存在高通滤波器和微分电路7的情况下，通过测量在具有包括电流控制层的磁阻效应膜10的再现磁头1上的磁头噪声谱获得的曲线图。该图示出了在以下条件下的测量结果：磁头偏置电压＝100mV。如图8所示，在提供高通滤波器和微分电路7的情况下，在低频区的噪声水平明显下降。因此，提高了再现信号的S/N比，这使得能够抑制误差的发生。结果，可以使记录密度更高。
[第四实施例]
图9是根据本发明的磁盘装置的第四实施例的示例性功能方框图。在图9的磁盘装置中，对图1的结构添加读出偏置调整电路8。读出偏置调整电路8根据在读取再现信号时的误差发生率或S/N比，对再现磁头1的读出偏置电压进行反馈控制。
图10是为帮助理解读出偏置调整电路8的工作的示例图。该曲线图示出了在图3的电流垂直于平面型再现磁头中在读出偏置电压与误码率(BER)之间的关系的测量结果。磁阻效应膜10为70nm宽及70nm长。
在上述条件下，通过来自再现信号处理部分4的反馈，使读出偏置调整电路8作用，结果为使BER最小的读出偏置为120mV。也就是说，当在如图10所示的独立变化的读出偏置下测量BER时，在120mV的读出偏置电压下BER变为最小。
虽然再现磁头1的再现输出随着读出偏置电压增大而增大，由自旋转移效应引起的噪声也相应地增大。此外，噪声对读出偏置的依赖性随着再现磁头1的电阻或来自偏置层23的偏置磁场的强度而变化。也就是说，不同的再现磁头1的使BER最小的读出偏置值各不相同。实际上，再现磁头的电阻或来自偏置层的偏置磁场的强度根据制造时的变化而变化，因此很难预先设定最优值。
相比之下，第四实施例使得可以对条件不同的各电流垂直于平面型磁头独立地设置最优读出偏置值。因此，可以稳定地制造具有最小读取误差发生率的磁盘装置。
本发明不限于上述实施例。例如，在第四实施例中，可直接改变检测电流，代替读出偏置电压。
虽然已描述了本发明的特定实施例，这些实施例仅通过示例的方式示出，而非旨在限制本发明的范围。实际上，这里所述的新颖装置和系统可以各种其它形式实施；此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可在这里所述的装置的形式上进行各种省略、替代和变化。所附权利要求书及其等同物旨在覆盖落入本发明的范围和精神的形式或修改。

Claims (7)

1.一种磁盘装置(150)，其具有能够磁性地记录数据的磁盘介质(200)，其特征在于包括：
电流垂直于平面型磁再现磁头(1)，其包括由一个在另一个上层叠的多个磁性膜构成的磁阻效应元件(10)，并使检测电流在垂直于所述多个磁性膜的层叠面的方向流动；
高通滤波器(3)，其抑制从所述磁再现磁头输出的再现信号的低频分量；以及
再现信号处理部分(4)，其从已被抑制低频分量的所述再现信号再现数据。
2.根据权利要求1的磁盘装置，其特征在于，所述高通滤波器(3)的截止频率大于等于0.01MHz且小于等于20MHz。
3.根据权利要求1的磁盘装置，其特征在于，所述磁阻效应元件(10)包括非磁性中间层(15)，以及
所述非磁性中间层(15)包括：
绝缘材料(33)，其使相邻层相互电绝缘，以及
导电材料(34)，其被分散形成在所述绝缘材料中，使所述相邻层相互电连接，并使所述检测电流以局限方式流过。
4.根据权利要求1的磁盘装置，其特征在于，所述磁盘介质(200)使用垂直记录方法。
5.根据权利要求4的磁盘装置，其特征在于，所述高通滤波器(3)的截止频率被设置为，使得对所述再现信号处理部分(4)输入所述再现信号的微分波形。
6.根据权利要求1的磁盘装置，其特征在于，所述磁盘介质(200)使用平面内记录方法。
7.根据权利要求1的磁盘装置，其特征在于还包括：偏置控制部分(8)，其根据在读取所述再现信号时的误差发生率，对所述磁再现磁头(1)的读出偏置电压进行反馈控制。
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