JP2005509990A - 軟質下層にバイアス付与した垂直磁気記録ヘッド - Google Patents

Abstract

垂直磁気記録ヘッド２２は、記録ヘッド２２の動作中に記録媒体１６の軟質磁気下層４０からのノイズを減少させる磁界を生成する手段を有する読み取りヘッドを含む。磁界を生成する手段は、読み取りヘッド３４の平面読み取りセンサ４６に直角の電流を含む。電流は、軟質磁気下層４０の磁化にバイアス付与する磁界を生成する。読み取りセンサ４６を通る電流または電流密度の量を制御することにより、軟質磁気下層４０にバイアス付与する磁界の大きさを制御することができる。記録媒体１６の軟質磁気下層４０に磁気でバイアス付与するため、垂直磁気記録ヘッド２２を使用する方法も開示する。

Description

本出願は２００１年４月４日出願の米国暫定出願第６０／２８１，４３０号に対する優先権を主張する。

本発明は垂直磁気記録に、特に垂直磁気記録媒体下層にバイアス付与する垂直磁気記録ヘッドに関する。

コンピュータのヘッド・ディスク・ドライブでの使用に垂直磁気記録システムが提案されてきた。垂直記録ヘッドは、従動書き込みポールと、書き込みポールに磁気的に結合された先行復帰または対向ポールと、書き込みポールのヨークを囲む導電性磁化コイルとを含むことができる。垂直書き込み媒体は、垂直に配向された磁気ドメインを有する硬質磁気記録層と、記録ヘッド・フィールドを強化し、従動書き込みポールから書き込み装置の先行または対向ポールへのフラックス路を提供する軟質磁気下層とを含むことができる。このような垂直記録媒体は、硬質層と軟質層の間の交換結合を防止するため、硬質記録層と軟質下層との間に薄い中間層も含むことができる。

磁気記録媒体に書き込むため、記録ヘッドは、浮上高さとして知られる距離だけ磁気記録媒体から隔置される。磁気記録媒体は、記録ヘッドを通り過ぎ、したがって記録ヘッドは磁気記録媒体のトラックを辿り、磁気記録媒体は最初に対向ポールの下を通過し、次に書き込みポールの下を通過する。電流がコイルに流れて、書き込みポール内に磁束を生成する。磁束は書き込みポール先端から硬質磁気記録トラックを通って軟質下層に入り、対向ポールへと通る。

また、読み出し動作中に軟質下層が役立つ。リードバック・プロセス中、軟質下層は磁気的に硬質の層に磁荷の像を生成し、媒体から来る磁束を効果的に増加させる。これによって、より高い再生信号を提供する。

垂直記録の設計は、従来の水平設計よりはるかに高い線密度をサポートする可能性を有する。また、前述の２層媒体を垂直記録に使用して、記録ヘッドの効率を増加させる。垂直記録媒体の軟質磁気下層は、逆の像電荷を形成し、記録中の書き込みフィールドと再生中の記録されたトランジションの周辺磁場とを共に大幅に拡大する。

垂直記録を実現する際の難問の一つは、軟質下層のノイズの問題を解決することである。ノイズは、磁気ドメインによって生じた周辺磁場、または読み取り装置によって感知できる軟質下層の補償されていない磁荷によって引き起こされる。例えば、Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀またはＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀などの軟質下層材料は、リードバック信号でノイズを増強する多ドメイン状態を呈することがあり、したがって信号対雑音比（ＳＮＲ）を劣化させる。このような材料の磁気ドメイン分布を慎重に制御しないと、非常に大きい周辺磁場が読み取り要素に大量のノイズを誘発することがある。

軟質下層を使用した結果生じるノイズの問題を解決するために、解決法が提案されている。この提案された解決法は、概ね、媒体の解決法とシステムの解決法とに分類することができる。提案された多くの解決法は、共通して例えば磁界を使用して、軟質下層の磁化に好ましくは半径方向のトラック横断方向でバイアスを付与するか、それを所定の位置に保持する。バイアス磁界は、例えば磁気異方性、交換バイアスによって生成された内部磁界でよいか、または追加磁界コイルまたは永久磁石を通して外部から供給することができる。提案された媒体の解決法の一例は、軟質磁気下層の下、またはそれの隣にて反強磁性材料を使用して、軟質磁気下層にバイアスを付与する。これは交換バイアス付与軟質下層と呼ぶこともある。提案された媒体解決法の別の例は、軟質磁気下層に隣接して、またはその下に永久磁石を使用して、バイアス付与効果を提供する。これは硬質バイアス付与と呼ぶこともある。提案されたシステム解決法の一例は、外部電磁石を使用して、軟質磁気下層にバイアス磁界を付与する。

しかし、それでも軟質下層のノイズの問題を軽減するか、または最小にするよう、軟質下層にバイアス付与するために、改善された手段またはより効果的な手段を提供する改良型垂直磁気記録システムに対する要求がある。

本発明は、本明細書または図面からさらに十分に理解されるように上記特定された要求、さらに他の要求に応えるものである。

本発明の態様によると、軟質磁気下層を有する垂直磁気記録媒体と関連して使用するための垂直磁気記録ヘッドは、垂直記録ヘッドの読み取り動作中に軟質磁気下層の磁化にバイアス付与する磁界を生成する手段を含む読み取りヘッドを備える。磁界を生成する手段は、平面状読み取りセンサに直角の電流を含むことができる。

本発明の追加の態様によると、磁気ディスク・ドライブ記憶システムは、軟質磁気下層を含む垂直磁気記録媒体と、垂直磁気記録媒体に隣接して配置された垂直磁気記録ヘッドとを備える。垂直磁気記録ヘッドは、垂直磁気記録ヘッドの動作中に、垂直磁気記録媒体の軟質磁気下層の磁化にバイアス付与する磁界を生成する読み取りセンサを含む。

本発明のさらなる態様によると、垂直磁気記録媒体の軟質磁気下層に磁気のバイアスを付与するため、読み取りセンサを有する垂直磁気記録ヘッドを使用する方法は、記録媒体の隣接して読み取りセンサを配置することと、記録ヘッドの読み取り動作中に、軟質下層からのノイズを削減するため、軟質磁気下層に磁気のバイアスを付与する磁界を生成する読み取りセンサに電流を通すことを含む。方法は、軟質下層にバイアス付与するため、磁界の大きさを制御する読み取りセンサを通る電流の量を制御することも含むことができる。方法は、リードバック・プロセス中に信号対雑音比を最大にするため、磁界を調節することも含むことができる。

本発明は、記録ヘッドの動作中に軟質磁気下層からのノイズを減少させるため、記録媒体の軟質磁気下層にバイアス付与する垂直磁気記録ヘッドを提供する。本発明は、特に、磁気ディスク記憶システムで使用するのに適切である。本明細書では、記録ヘッドとは、読み書き作業を実行することができるヘッドと定義される。

図１は、本発明による垂直記録媒体を使用することができるディスク・ドライブの絵画的表現図である。ディスク・ドライブ１０は、ディスク・ドライブの様々な構成要素を含むようサイズ決定され、構築されたハウジング１２（この図では上部分が取り外され、下部分が見える）を含む。ディスク・ドライブ１０は、ハウジング内に、少なくとも１つの磁気記憶媒体１６を回転するためのスピンドル・モータ１４を含み、媒体は垂直磁気記憶媒体でよく、この場合は磁気ディスクである。少なくとも１本のアーム１８がハウジング１２内に含まれ、各アーム１８は、記録ヘッドまたはスライダ２２を伴う第１端２２、および軸受け２６によってシャフトに旋回自在に装着された第２端２４を有する。アーム１８を旋回して、記録ヘッド２２をディスク１６の所望のセクタまたはトラック上に配置するため、アームの第２端２４にアクチュエータ・モータ２８を配置する。アクチュエータ・モータ２８は制御装置によって調整され、これは本図では図示されず、当技術分野でよく知られている。

図２は、垂直磁気記録ヘッド２２および垂直記録磁気媒体１６の部分略側面図である。記録ヘッド２２は、従動主ポール３０および復帰または対向ポール３２を備える書き込み区間を含む。磁化コイル３３がヨーク３５を囲み、ヨークは主ポール３０と復帰ポール３２とを接続する。記録ヘッド２２は、読み取りポール３６と対向ポール３２との間に配置された読み取りヘッド３４も含む。図２に示す実施形態では、読み取りヘッド３４は、書き込み区間の対向ポール３２を共用する。

さらに図２を参照すると、垂直磁気記録媒体１６は、記録ヘッド２２の下に位置する。記録媒体１６は、記録中は矢印Ａの方向に移動する。記録媒体１６は基板３８を含み、これはセラミック・ガラス、非晶質ガラス、またはＮｉＰめっきＡｌＭｇなど、任意の適切な材料で作成することができる。軟質磁気下層４０を基板３８に付着させる。軟質磁気下層４０は、例えばＦｅＣｏＢ、ＦｅＡＩＮ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂまたはＦｅＣｏなど、任意の適切な材料で作成することができる。また、軟質下層４０は、約５０ｎｍから約４００ｎｍの厚さを有することができる。硬質磁気記録層４４を軟質下層４０に付着させる。硬質磁気記録層４４に適した硬質磁気材料には、例えばＣｏＣｒ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｄ、ＣｏＦｅＰｄおよびＣｏＣｒＰｄがある。硬質磁気層４４は、約８ｎｍから約４０ｎｍの厚さを有することができる。

図３の斜視図を参照すると、読み取りヘッド３４の部分が図示されている。特に、読み取りヘッド３４は、磁気シールド４８に隣接して、またはそれに接触した状態で配置された読み取りセンサ４６を含む。磁気シールド４８は、読み取りセンサ４６に電流Ｉを通す電気リード線の役目をすることができる。追加の磁気シールド／リード線を読み取りセンサ４６の反対側に配置してもよいが、単純にするために図３には図示されていない。

読み取りセンサ４６は、平面（ＣＰＰ）タイプのセンサに対して直角の電流でよく、電流Ｉは読み取りセンサ４６を形成する薄膜の面に対して直角に流れる。しかし、読み取りセンサ４６は、本明細書で以下に説明するように、軟質磁気下層４０にバイアス付与するために十分大きい磁界を生成できるなら、他のタイプのセンサとして構築できることが理解される。また、下層４０の材料およびその磁気特性（例えばＨｋ異方性磁界値）に対する特定の選択肢は、所望のバイアス付与を提供するのに必要な磁界の強度と直接関係があることも理解される。

本明細書で本発明を図解するために、読み取りセンサ４６をＣＰＰタイプのセンサとする。ＣＰＰタイプ・センサ４６は、大きいヒート・シンクとして作用するシールド／接点４８と直接接触する。これによって、ＣＰＰタイプ・センサ４６は、大きい電流密度、例えば約１×１０⁸Ａ／ｃｍ²以上で動作することができる。高密度記録とする寸法、例えば約１００ｎｍ未満の装置幅では、電流はＣＰＰセンサ４６にわたってほぼ均一であり得る。ＣＩＰスピン弁センサでは、電流密度は非常に薄い約２．５ｎｍのＣｕ中間層で、この高さにしかならない。軟質下層４０にバイアス付与するための磁界は比較的高くする必要がある。例えば読み取りヘッド２４の空気支承面から約５〜１００ｎｍにて、約２５Ｏｅより大きい。センサ４６を通る電流によって生成される磁界が空気支承面からの距離に対して低下する比率は、センサ４６の幅に依存し、センサ４６が広いほど、磁界の減少は遅くなる。これによって、ＣＩＰスピン弁よりＣＰＰセンサ４６（多層またはスピン弁）を介しての方が、大きい磁界を適用することができる。

ＣＰＰタイプの読み取りセンサ４６の場合、上述のように磁気シールド４８は、電流Ｉをセンサ４６との間で流す電気リード線としての役目もすることができる。シールド４８は読み取りセンサ４６と直接接触することが好ましい。磁気シールド４８は、次に、大きいヒート・シンクとして作用し、これによってセンサ４６を過熱させることなく、センサ４６にはるかに高い電流密度を通すことができる。読み取りセンサ４６に電流Ｉが通る結果、磁界Ｈが生成される。磁界Ｈの大きさは、読み取りセンサ４６を通る電流Ｉの量に、特に電流密度に比例する。例えば、電流Ｉまたは電流密度が上昇すると、磁界Ｈの大きさが増大する。磁気シールド４８が大きいヒート・シンクとして作用するので、読み取りセンサ４６によって、より大きい磁界Ｈを生成することができる。

本明細書で説明するように、垂直磁気記録を実現する際の難問の一つは、軟質下層４０からのノイズの問題を解決するか、最小にすることである。読み取りセンサ４６は、図３に示す磁界Ｈなどの磁界を有利に生成し、これは読み取りヘッド３４の動作中に、軟質磁気下層４０からのノイズを減少させる。特に、自身に電流Ｉが通る結果として読み取りセンサ４６に生成される磁界Ｈは、所望の一様な方向で軟質下層４０の磁気ドメインを保持するか、それにバイアス付与することにより、軟質下層４０に磁気でバイアスを付与する。軟質下層４０の磁気ドメインは、ほぼ半径方向でトラックを横断する方向にバイアス付与することが好ましい。

本発明を、特に軟質磁気下層４０に加える磁界Ｈを例示するため、図４および図５を参照するが、これはそれぞれ磁界Ｈのｘ成分およびｙ成分の変動を、空気支承面（ＡＢＳ）からのクロストラック位置および距離に対して示すグラフである。ｘおよびｙ方向は、図３の座標系５０によって示される。図４および図５に示す結果は、例えばトラック幅ＴＷ（モデリングのために、センサは無限に長いと見なすことができる）、５０ｎｍのストライプ高さＳＨ、および約１．５×１０⁸Ａ／ｃｍ²の電流密を有するセンサ４６についての結果である。特に、線５２は、センサ４６のＡＢＳから０ｎｍの距離を表し、線５４はＡＢＳから５０ｎｍの距離、線５５はＡＢＳから１００ｎｍの距離、線５６はＡＢＳから２００ｎｍの距離、線５８はＡＢＳから４００ｎｍの距離を表す。図５では、線６０はセンサ４６のＡＢＳから０ｎｍの距離を表し、線６２はＡＢＳから５０ｎｍの距離、線６３はＡＢＳから１００ｎｍの距離、線６４はＡＢＳから２００ｎｍの距離、線６６はＡＢＳから４００ｎｍの距離を表す。

磁界Ｈの効果を例示するため、以下のように仮定することができる。つまり、ヘッドから媒体までの間隔、つまり浮上高さＦＨは１０〜１５ｎｍ、硬質磁気記録層４４は約２０ｎｍの厚さを有し、軟質磁気下層４０は２００ｎｍの厚さを有する。これらの寸法に基づき、図４に示すように、読み取りセンサ４６の真下で、軟質下層４０の上にある磁界Ｈのｘ成分は、約−２４０Ｏｅとなり、軟質下層４０の中心４１における磁界Ｈは、約−６６Ｏｅとなる。ノイズを減少させるよう軟質下層にバイアス付与するために用いる他の技術の結果に基づき、本発明の磁界によって与えられるバイアス付与の結果は、既知の技術と同じオーダー、またはそれより大きくなるよう決定された。また、磁界Ｈは、ｘ方向とｙ方向の両方で、図４および図５に示したような高い保磁力媒体を実現するのに十分なほど大きくない。

したがって、本発明は、軟質下層４０の磁化にバイアス付与するよう磁界を生成するため、記録媒体１６の軟質下層４０からのノイズを減少させる効果的手段を提供することが理解される。使用時には、読み取りヘッド３４、および特に読み取りセンサ４６を記録媒体１６に隣接して配置する。読み取りセンサ４６を通って流れる電流Ｉを、さらに電流密度を制御することにより、読み取りセンサ４６から発する磁界Ｈも制御することができる。より大きい電流Ｉを提供することにより、読み取りセンサ４６によって生成される信号を大きくすることができ、さらに磁界Ｈも大きくすることができる。読み取りセンサ４６を通って軟質下層４０の磁化にバイアス付与する電流を制御することにより、軟質層の磁化にバイアス付与する効率的かつ効果的な手段が提供させるので有利である。これによって、永久磁石などの追加の構成要素を記録ヘッドの一部として、特に読み取りヘッドの一部として形成する必要なく、軟質下層にバイアス付与できるので有利である。

信号が減少し始める前に、読み取りセンサ４６を通ることができる最大電流密度が存在すると判断されている。しかし、記録システムの信号対雑音比（ＳＮＲ）を上げることが重要であるので、軟質下層４０からのノイズをさらに減少させ、したがって信号が減少してもＳＮＲを上げるため、さらに高い電流密度を読み取りセンサ４６に通してもよい。したがって、本発明による読み取りセンサを通る電流密度の適切な範囲は、約１．０×１０⁷Ａ／ｃｍ²から約１．０×１０⁹Ａ／ｃｍ²である。また、センサ４６のＡＢＳから軟質下層４０の表面４３までの距離は、所望通りに軟質下層４０に効果的にバイアス付与する磁界Ｈでは、約５ｎｍから約１００ｎｍの範囲である。

本発明の特定の実施形態を、本発明を制限するためではなく、それを例示するために説明してきたので、本明細書および添付の請求の範囲で説明した通りの本発明から逸脱することなく、本発明の原理および範囲内で、細部、材料、および部品構成を無数に変更できることが当業者には理解される。

本発明により構築されたディスク・ドライブの絵画的表現図である。 本発明による垂直磁気記録ヘッドおよび垂直磁気記録媒体の部分略側面図である。 図２に示した垂直磁気記録ヘッドおよび垂直磁気記録媒体の一部の部分略等角図である。 磁界のｘ成分と、空気支承面からのクロストラック位置および距離とのグラフ図である。 磁界のｙ成分と、空気支承面からのクロストラック位置および距離とのグラフ図である。

Claims (20)

1. 軟質磁気下層４０を有する垂直磁気記録媒体１６に関連して使用する垂直磁気記録ヘッド２２で、
   垂直記録ヘッド２２の読み取り動作中に、軟質磁気下層４０の磁化にバイアス付与するため、磁界を生成する手段を含む読み取りヘッド３４を備える垂直磁気記録ヘッド。
2. 前記磁界生成手段が、平面読み取りセンサ４６に直角の電流を含む、請求項１に記載の垂直磁気記録ヘッド２２。
3. 磁界が、軟質磁気下層４０の磁化にバイアス付与するため、約２５Ｏｅより大きい、請求項１に記載の垂直磁気記録ヘッド２２。
4. 約１．０×１０⁷Ａ／ｃｍ²から約１．０×１０⁹Ａ／ｃｍ²の範囲の電流密度が、前記読み取りセンサ４６を通る、請求項２に記載の垂直磁気記録ヘッド２２。
5. さらに、前記読み取りセンサ４６に隣接して配置された少なくとも１つの磁気シールド４８を含み、前記少なくとも１つの磁気シールド４８が、前記読み取りセンサ４６を通る電流密度を増加させるために設けたヒート・シンクとして働く、請求項２に記載の垂直磁気記録ヘッド２２。
6. 磁気ディスク・ドライブ記憶システム１０で、
   軟質磁気下層４０を含む垂直磁気記録媒体１６と、
   前記垂直磁気記録媒体に隣接して配置された垂直磁気記録ヘッド２２とを備え、前記垂直磁気記録ヘッド２２が、前記垂直磁気記録ヘッド２２の動作中に、垂直磁気記録媒体１６の軟質磁気下層４０の磁化にバイアス付与する磁界を生成する読み取りセンサ４６を含むシステム１０。
7. 前記読み取りセンサ４６が、平面読み取りセンサ４６に直角な電流である、請求項６に記載のシステム１０。
8. 約１．０×１０⁷Ａ／ｃｍ²から約１．０×１０⁹Ａ／ｃｍ²の範囲の電流密度が、前記読み取りセンサ４６を通る、請求項７に記載のシステム１０。
9. 前記読み取りセンサ４６の空気支承面から前記軟質磁気下層４０の上面４３までの距離が、約５ｎｍから約１００ｎｍの範囲である、請求項６に記載のシステム１０。
10. さらに、前記読み取りセンサ４６に隣接して配置された少なくとも１つの磁気シールド４８を含み、前記少なくとも１つの磁気シールド４８が、前記読み取りセンサ４６を通る電流密度を増加させるために設けたヒート・シンクとして働く、請求項６に記載のシステム１０。
11. 前記読み取りセンサ４６によって生成された前記磁界が、ほぼ半径方向のクロストラック方向で、軟質磁気下層４０の直に磁気でバイアス付与する、請求項６に記載のシステム１０。
12. 垂直磁気記録媒体１６の軟質磁気下層４０に磁気でバイアス付与するため、読み取りセンサ４６を有する垂直磁気記録ヘッド２２を使用する方法で、
    記録媒体１６に隣接して読み取りセンサ４６を配置することと、
    記録ヘッド２２の読み取り動作中に軟質磁気下層４０からノイズを減少させるため、軟質磁気下層４０に磁気でバイアス付与する磁界を生成する電流を、読み取りセンサ４６に通すこととを含む方法。
13. さらに、軟質磁気下層４０に磁気でバイアス付与する磁界の大きさを制御するため、読み取りセンサ４６を通る電流の量を制御することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. さらに、リードバック・プロセス中に信号対雑音比を最大にするため、磁界を調節することを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 読み取りセンサ４６を通る電流が、約１．０×１０⁷Ａ／ｃｍ²から約１．０×１０⁹Ａ／ｃｍ²の範囲の電流密度を有する、請求項１２に記載の方法。
16. 読み取りセンサ４６が、平面読み取りセンサ４６に直角な電流である、請求項１２に記載の方法。
17. さらに、前記読み取りセンサ４６の空気支承面から前記軟質磁気下層４０の上面４３までの距離を、約５ｎｍから約１００ｎｍの範囲に維持することを含む、請求項１２に記載の方法。
18. さらに、ほぼ半径方向のクロストラック方向で磁化にバイアス付与することを含む、請求項１２に記載の方法。
19. 磁界が、軟質磁気下層４０にバイアス付与するため、約２５Ｏｅより大きい値を有する、請求項１２に記載の方法。
20. さらに、軟質磁気下層４０の磁気特性に基づいて、バイアス付与するための磁界の値を決定することを含む、請求項１２に記載の方法。