JP2006216217A - 高感度と高分解能を有する電界再生ヘッド（プローブ）及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度及び高分解能を有する再生ヘッド及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】所定の記録媒体にデータを記録し、記録媒体に記録されたデータの読出に使われるコア部と、コア部と電源とを連結する電極パッドを備える再生ヘッドにおいて、コア部は、記録媒体との対向面が平面であり、側面は、対向面と垂直な構造を有する再生ヘッドである。
【選択図】図４

Description

本発明は、測定装置及びその駆動方法に係り、より詳細には、高感度及び高分解能を有する再生ヘッド及びその駆動方法に関する。

再生ヘッド方式を用いたデータの記録及び再生のカギは、再生ヘッドの感度及び分解能を高めるところにある。探針（Ｐｒｏｂｅ）方式の記録において記録密度を高めるためには、記録媒体の小さな領域の分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）も感知できる、高分解能の再生ヘッドが必要である。また、感度を高めるためには、記録媒体の小さな分極変化に対しても抵抗変化あるいは電圧変化の大きい再生ヘッドが必要である。

このような用途のために現在まで多様な再生ヘッドが発表され、そのうち、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）プローブ型再生ヘッド、抵抗プローブ型再生ヘッド、ＥＦＭプローブ型再生ヘッドなどが広く使われている。

しかし、このような再生ヘッドは、ウェーハの所定領域にドーピングされた不純物の濃度のような物理量の測定には適しているが、これら再生ヘッドの感度及び分解能は、データの高密度記録、または、高密度で記録されたデータの読出に使えるほど十分なものではない。したがって、現在まで発表されたこれら再生ヘッドでは、記録媒体へのデータの記録、または、記録媒体からのデータの読出に難点がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、従来の問題点を改善するためのものであって、感度を高めて信号対雑音比（ＳＮＲ）を高め、分解能も高めうる再生ヘッドを提供するところにある。

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、データの記録／再生における前記再生ヘッドの駆動方法を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するために本発明は、所定の記録媒体にデータを記録し、前記記録媒体に記録されたデータの読出に使われるコア部と、前記コア部と電源とを連結する電極パッドを備える再生ヘッドにおいて、前記コア部は、前記記録媒体との対向面が平面であり、側面は、前記対向面と垂直な構造を有することを特徴とする再生ヘッドを提供する。

前記再生ヘッドは、前記コア部の両側面と前記電極パッドとを覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の側面を覆う遮蔽膜をさらに備えうる。

前記コア部は、不導体領域と導体領域とを備え得る。

前記コア部は、純粋半導体層であり得る。前記導体領域は、前記純粋半導体層の導電性不純物がドーピングされた領域でありうる。

前記他の技術的課題を達成するために本発明は、コア部、前記コア部と電源とを連結する電極パッド、前記コア部の両側面と前記電極パッドとを覆う絶縁膜及び前記絶縁膜の側面を覆う遮蔽膜を備える再生ヘッドの駆動方法において、下面に導電膜が付着された記録媒体からデータを読出す過程で、前記遮蔽膜を接地させる段階を含むことを特徴とする再生ヘッドの駆動方法を提供する。

このような駆動方法で前記導電膜を前記遮蔽膜と共に接地させうる。

前記駆動方法で前記コア部は、前述したようであり得る。

このような本発明を利用すれば、再生ヘッドの分解能と感度とを同時に高めうるので、記録媒体のトラック密度、すなわち、ＴＰＩ（Ｔｒａｃｋ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を高めつつ、信号対雑音比も高めうる。

本発明の再生ヘッドは、記録媒体との対向部分が従来の探針構造ではない、平面構造を有する。このような本発明の再生ヘッドは、実際データの記録／再生に用いられるコア部の幅が薄いほど、またコア部と遮蔽膜との距離が狭いほど、再生電圧が上昇する。これは、分解能と感度とを同時に高めることができるということを意味する。よって、本発明を利用すれば、記録媒体のトラック密度、すなわち、ＴＰＩ（Ｔｒａｃｋ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を高めつつ、信号対雑音比も高めうる。

以下、本発明の実施形態による再生ヘッド及びその駆動方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して図示されている。

図１は、本発明が抵抗性再生ヘッドを得るのに使用した抵抗性再生ヘッドモデルを示す。図１において参照番号１０は、記録媒体を、１２は、記録媒体１０の下面に位置した導電層を表す。そして、１４は、再生ヘッドモデルを表す。図１を参照すれば、再生ヘッドモデル１４は、従来の抵抗性再生ヘッドの形をしている。しかし、再生ヘッドモデル１４の場合、従来の抵抗性再生ヘッドのチップの端部に該当する部分に所定の幅を有する面Ｓが存在する。この面Ｓは、記録媒体１０と対面し、記録媒体１０と再生ヘッドモデル１４との距離とは、記録媒体１０と前記面Ｓとの距離をいう。記録媒体１０に表示された垂直矢印は、該当ドメイン領域の残留分極方向を表す。再生ヘッドモデル１４と関連して、参照符号θｐは、再生ヘッドモデル１４の傾斜面１４ｓと再生ヘッドモデル１４の分極方向との角（以下、分極角）を表す。また、参照符号θｒは、再生ヘッドモデル１４の記録媒体１０との対向面Ｓと再生ヘッドモデル１４の傾斜面１４ｓとの角（以下、再生ヘッド角）を表す。分極角θｐと再生ヘッド角θｒは、本発明の再生ヘッドを設計するのに重要な変数となる。

図２及び図３は、いずれも図１に示した再生ヘッドモデル１４の変数、すなわち、分極角θｐと再生ヘッド角θｒによって再生ヘッドのモデル１４の再生電圧の変化を示す。前記再生電圧とは、記録媒体１０の分極状態によって再生ヘッドモデル１４に発生する電位差を意味する。

図２は、再生ヘッドモデル１４の再生電圧変化を立体的に示す図面であり、図３は、等再生電圧線を用いて再生ヘッドモデル１４の再生電圧変化を示す図面である。

図２及び図３を参照すれば、分極角θｐが小さいほど、再生ヘッド角θｒが大きいほど、再生電圧が大きくなるということが分かる。このような結果は、分極角θｐは小さく、再生ヘッド角θｒは大きい再生ヘッドにおいて、再生電圧が最も大きいということを意味する。

図４は、本発明の実施形態による再生ヘッド４０の平面図である。

図４を参照すれば、コア部４４の両端に第１及び第２電極パッド６０、６２が備えられていることが分かる。第１及び第２電極パッド６０、６２は、電源６４に連結されている。第１及び第２電極パッド６０、６２は、図６に示したように、コア部４４と第２絶縁膜４８との間に離隔して備えても良い。その他にも第１及び第２電極パッド６０、６２が備えられうる位置は多様である。

図５は、図４を５−５’方向に切開した断面図である。図５において、再生ヘッド４０は、便宜上、多少大きく示した。

図５を参照すれば、再生ヘッド４０は、記録媒体４２に／からデータを記録／再生するのに使われるコア部４４と、コア部４４の両側面を覆う第１及び第２絶縁膜４６、４８、第１絶縁膜４６の側面を覆う第１遮蔽膜５０、第２絶縁膜４８の側面を覆う第２遮蔽膜５２を含む。参照番号５４は、記録媒体４２の下面に付着された導電膜を表す。第１及び第２絶縁膜４６、４８は、例えば、シリコン酸化膜であり得る。そして、第１及び第２遮蔽膜５０、５２は、所定の導電膜であり得る。コア部４４は、半導体層であって、電気的に不導体の領域４４ｂと導体の領域４４ａとを含む。導体領域４４ａは、純粋半導体層に所定の導電性不純物がドーピングされた領域であって、記録媒体４２と対向して、記録媒体４２の分極状態によって抵抗が変化する領域である。不導体領域４４ｂは、前記半導体層の前記導電性不純物がドーピングされていない領域である。

図７は、図６の再生ヘッド４０から分離したコア部４４を示す。図６及び図７を共に参照すれば、第１及び第２電極パッド６０、６２は、導体領域４４ａから不導体領域４４ｂに備えられていることが分かり、電源６４は、このような第１及び第２電極パッド６０、６２を通じて導体領域４４ａの両端に印加されることが分かる。

一方、本発明の実施形態による再生ヘッド４０を用いて記録媒体４２に記録されたデータを読出す時は、感度を高めるために、図８に示したように、再生ヘッド４０の第１及び第２遮蔽膜５０、５２を接地させるか（以下、第１の場合と称する）、図１５に示したように、第１及び第２遮蔽膜５０、５２と共に記録媒体４２の下面に付着された導電膜５４も接地させうる（以下、第２の場合と称する）。

図９は、前記第１の場合において、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓと遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄによる再生電圧の変化を示す３次元グラフである。そして、図１０は、前記第１の場合において、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓとコア部４４の幅Ｘｐによる再生電圧の変化を示す３次元グラフである。

また、図９及び図１０を参照すれば、再生電圧は、コア部４４の幅Ｘｐが小さくなるときに増加し、また遮蔽膜５０、５２とコア部４４との距離がさくなるときも増加することが分かる。しかし、再生電圧の変化は、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓの変化とは関係ないことが分かる。図１１及び図１２は、このような事実を裏付ける。すなわち、図１１は、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓ及び遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄを変数とする等再生電圧線の変化を示す図面であり、図１２は、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓ及びコア部４４の幅Ｘｐを変数とする等再生電圧線の変化を示す図面である。図１１及び図１２を参照すれば、遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄとコア部４４の幅Ｘｐとが変化する場合には、等再生電圧線が変化するが、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓが変化しても、等再生電圧線は変化しないので、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓが変わっても再生電圧は変わらないことが分かる。

図１３は、前記第１の場合で、遮蔽膜５０、５２とコア部４４との距離とコア部４４の幅Ｘｐの変化による再生電圧の変化を示す。図１３を参照すれば、再生電圧は、コア部４４の幅Ｘｐと、遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄが小さくなるときに増加することが分かる。このような結果は、図９及び図１０の結果から予測可能である。

図１４は、図１３の結果を等再生電圧線の変化で示している。

図１４を参照すれば、コア部４４の幅Ｘｐと、遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄが小さくなる時、等再生電圧線の再生電圧は増加することが分かる。

図１１、図１２及び図１４において、各等再生電圧線上に書かれている数値は該当等再生電圧線の再生電圧値を表す。

図１６ないし図２１は、前記第２の場合において、遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄと、コア部４４の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を表している。図１６ないし図２１は、再生電圧の数値がさらに増加するという点だけが異なり、前述した図９ないし図１４と同じ説明が適用される。したがって、図１６ないし図２１についての説明は省略する。

一方、第１及び第２遮蔽膜５０、５２が備えられていない場合、すなわち、コア部４４だけが備えられている場合の再生電圧変化と等再生電圧線は、図２及び図３と同一である。

図２２ないし図２４は、遮蔽膜５０、５２の幅Ｘｓが５０ｎｍ程度であり、遮蔽膜５０、５２とコア部４４との間の距離Ｘｄが１０ｎｍ程度であり、コア部４４の幅Ｘｐが５０ｎｍ程度である時、記録媒体４２が１００ｎｍ程度移動する間に出力される再生電圧を示している。

図２２は、遮蔽膜５０、５２がない場合であり、図２３及び図２４は、第１及び第２遮蔽膜５０、５２が備えられている場合であって、各々前記第１及び第２の場合である。

図２２を参照すれば、遮蔽膜５０、５２がない場合に出力される再生電圧は８Ｖであって、やや足りないということが分かる。そして、図２３を参照すれば、前記第１の場合に出力される再生電圧は、４０Ｖをやや超えることが分かる。また、図２４を参照すれば、前記第２の場合に出力される再生電圧は、５５Ｖよりは高く、６０Ｖには至っていないということが分かる。

前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、本発明が属する技術分野で当業者ならば、多様な材質でコア部を構成でき、コア部の記録媒体との対向面は平面を保持しつつ、遮蔽膜は他の形に構成することができる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まるべきである。

本発明は、データの記録及び再生動作がなされるメモリ保存装置、例えば、ハードディスクドライバーに好適に適用されうる。

本発明の実施形態による再生ヘッドの具現に使用した再生ヘッドモデルと記録媒体の断面図である。 図１の再生ヘッドモデルの分極角θｐ及び再生ヘッド角θｒによる再生電圧の変化を示す立体グラフである。 分極角θｐ及び再生ヘッド角θｒによる図１の再生ヘッドモデルに対する等再生電圧線の変化を示すグラフである。 図１の再生ヘッドモデルに対する測定結果を適用した本発明の実施形態による再生ヘッドの平面図である。 図１の再生ヘッドモデルに対する測定結果を適用した本発明の実施形態による再生ヘッドと記録媒体との断面図である。 図１の再生ヘッドモデルに対する測定結果を適用した本発明の他の実施形態による再生ヘッドの平面図である。 図６の再生ヘッドから分離されたコア部と共にコア部に対して電極パッドの位置を示す正面図である。 データを読出す過程で本発明の第１実施形態による再生ヘッドの駆動方法を示す断面図である。 データを読出す過程で遮蔽膜がグラウンドされた場合、遮蔽膜の幅Ｘｓと遮蔽膜とコア部４４との間の距離Ｘｄによる再生電圧の変化を示す立体グラフである。 データを読出す過程で、遮蔽膜がグラウンドされた場合に遮蔽膜の幅Ｘｓとコア部の幅Ｘｐによる再生電圧の変化を示す立体グラフである。 遮蔽膜の幅Ｘｓ及び遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄを変数とする等再生電圧線の変化を示すグラフである。 遮蔽膜の幅Ｘｓ及びコア部の幅Ｘｐを変数とする等再生電圧線の変化を示すグラフである。 本発明の再生ヘッドが図８に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離とコア部の幅Ｘｐの変化による再生電圧の変化を示す立体グラフである。 図１３の結果を等再生電圧線の変化として示すグラフである。 データの読出過程で本発明の第２実施形態による再生ヘッドの駆動方法を示す断面図である。 本発明の再生ヘッドが図１５に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄとコア部の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと遮蔽膜の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を示すグラフである。 本発明の再生ヘッドが図１５に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄとコア部の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと遮蔽膜の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を示すグラフである。 本発明の再生ヘッドが図１５に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄとコア部の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと遮蔽膜の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を示すグラフである。 本発明の再生ヘッドが図１５に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄとコア部の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと遮蔽膜の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を示すグラフである。 本発明の再生ヘッドが図１５に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄとコア部の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと遮蔽膜の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を示すグラフである。 本発明の再生ヘッドが図１５に示したように使われる時、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄとコア部の幅Ｘｐのうち、少なくともいずれか１つと遮蔽膜の幅Ｘｓの変化による再生電圧の変化及び等再生電圧線の変化を示すグラフである。 遮蔽膜の幅Ｘｓが５０ｎｍ程度であり、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄが１０ｎｍ程度であり、コア部の幅Ｘｐが５０ｎｍ程度である時、記録媒体が１００ｎｍ程度移動する間に出力される再生電圧を示すグラフである。 遮蔽膜の幅Ｘｓが５０ｎｍ程度であり、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄが１０ｎｍ程度であり、コア部の幅Ｘｐが５０ｎｍ程度である時、記録媒体が１００ｎｍ程度移動する間に出力される再生電圧を示すグラフである。 遮蔽膜の幅Ｘｓが５０ｎｍ程度であり、遮蔽膜とコア部との間の距離Ｘｄが１０ｎｍ程度であり、コア部の幅Ｘｐが５０ｎｍ程度である時、記録媒体が１００ｎｍ程度移動する間に出力される再生電圧を示すグラフである。

符号の説明

４０ 再生ヘッド
４２ 記録媒体
４４ コア部
４４ａ 導体の領域
４４ｂ 不導体の領域
４６、４８ 第１及び第２絶縁膜
５０ 第１遮蔽膜
６０、６２ 第１及び第２電極パッド
６４ 電源

Claims (9)

1. 所定の記録媒体にデータを記録し、前記記録媒体に記録されたデータの読出しに使われるコア部と、前記コア部と電源とを連結する電極パッドと、を備える再生ヘッドにおいて、
   前記コア部は、前記記録媒体との対向面が平面であり、側面は、前記対向面と垂直な構造を有することを特徴とする再生ヘッド。
2. 前記コア部の両側面と前記電極パッドとを覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の側面を覆う遮蔽膜とがさらに備えられたことを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
3. 前記コア部は、不導体領域と導体領域とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の再生ヘッド。
4. 前記コア部は、半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の再生ヘッド。
5. 前記導体領域は、導電性不純物がドーピングされた領域であることを特徴とする請求項３に記載の再生ヘッド。
6. コア部、前記コア部と電源を連結する電極パッド、前記コア部の両側面と前記電極パッドを覆う絶縁膜及び前記絶縁膜の側面を覆う遮蔽膜を含む再生ヘッドの駆動方法において、
   下面に導電膜が付着された記録媒体からデータを読出す過程で、前記遮蔽膜を接地させる段階を含むことを特徴とする再生ヘッドの駆動方法。
7. 前記導電膜を前記遮蔽膜と共に接地させることを特徴とする請求項６に記載の再生ヘッドの駆動方法。
8. 前記コア部は、前記記録媒体との対向面が平面であり、側面は、前記対向面と垂直な構造を有することを特徴とする請求項６に記載の再生ヘッドの駆動方法。
9. 前記コア部は、不導体領域と導体領域とを含むことを特徴とする請求項６に記載の再生ヘッドの駆動方法。