JP2007004964A - 高いトラック横断分解能の読み取りヘッドおよび低ビットアスペクト比のディスクを有する磁気記録ディスクドライブ - Google Patents

Abstract

【課題】低ＢＡＲを備え、トラック横断空間分解能が高い磁気抵抗読み取りヘッドを有する、連続媒体またはパターンドメディアディスクドライブを提供する。
【解決手段】１インチ当たりビット数（ＢＰＩ）でのトラック方向におけるリニアビット密度と、１インチ当たりトラック数（ＴＰＩ）でのトラック横断方向におけるトラック密度との比が低い、連続媒体またはパターンドメディアのディスクドライブは、トラック横断方向の高空間分解能を備えた磁気抵抗読み取りヘッド１００を有する。読み取りヘッド１００は、２つの磁気シールドＳ１，Ｓ２の間に配置され、このシールドおよび読み取りヘッドは、ヘッドキャリア２２のディスクに面する表面に垂直な側面２６上に形成される。ヘッドキャリア２２は、サスペンション２０によって支持され、ヘッドキャリア２２の側面２６はデータトラック４３’にほぼ平行に配向される。
【選択図】図６

Description

本発明は、磁気記録ディスクドライブに関し、より具体的には超高データ密度のディスクドライブに関する。

従来の磁気記録ディスクドライブは、連続磁性膜の記録層を備えた「連続媒体」ディスクを使用する。膜の領域が、誘導書き込みヘッドによって円周方向またはトラック平行方向に磁化されたときに、データは、連続膜の同心のデータトラックに記録または書き込まれ、その結果、書き込まれたデータ「ビット」が得られる。同心のデータトラックにパターニングされ、各トラックが、非磁性領域で分離された別個の磁気島、すなわち「ビット」を有する記録層を備えた「パターンドメディア」（特許文献１）を使用するディスクドライブが提案されてきた。データは、島の中にある磁性材料を磁化する誘導書き込みヘッドによって、予めパターニングされたデータトラックの別個の島に書き込まれ、その結果、書き込まれたデータ「ビット」が得られる。

いずれのタイプのディスクドライブでも、書き込まれたデータビットは、ビットからの磁界が磁気抵抗読み取りヘッドで検出されたときに読み返され、ディスクが回転して読み取りヘッドを通過する際に、ディスクドライブの回路構成によってデータに加工される。読み取りヘッドは、ヘッドキャリアの平坦面上で２つのシールド間に形成される薄膜のスタックであり、平坦面は、ディスクに垂直に、ならびにトラック横断方向または半径方向に平行に配向される。シールドは、ダウントラック方向への読み取りヘッドの空間応答を強化して、ダウントラックの分解能を改善する。読み取りヘッドの薄膜スタックにおける特定層の、リソグラフィによって決まった幅によって、トラック横断方向での空間応答がほぼ決定される。従来の読み取りヘッドは、固有の非対称の空間分解能、すなわち平坦面に垂直な横断方向（トラック平行方向または円周方向）では空間分解能が高く、平坦面に平行な方向（トラック横断方向または半径方向）では空間分解能が低い。

データ密度が常に増加し続けるディスクドライブに対する要求では、データビットがディスク上でさらに密集することが求められる。１インチ当たりビット数（ＢＰＩ）でのトラック平行方向におけるリニアビット密度と、１インチ当たりトラック数（ＴＰＩ）でのトラック横断方向におけるトラック密度との比は、ビットアスペクト比（ＢＡＲ）と呼ばれる。従来の読み取りヘッドは本質的に非対称であり、また非常に狭いトラックを扱うのに好適なトラック追従サーボ系を実装することが困難なため、従来のディスクドライブのＢＡＲは、標準的には５よりも大きかった。

米国特許第５８２０７６９号明細書

超高データ密度、例えば約３００Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２以上の単位のデータ密度を達成するには、媒体粒度を縮小することが必要であって、結果として記録媒体が熱的に不安定なものになる可能性があるため、ＢＰＩをさらに増加させることがさらに困難になる。したがって、従来の媒体で密度をさらに増加することは、主に、ＴＰＩを増加させ、その結果ＢＡＲを減少させることによって実施される場合が多い。リソグラフィによるパターニングでは、約２よりも大きいＢＡＲ値で媒体を作製することは大幅に困難になるため、パターンドメディアを使用するディスクドライブは、ほぼ１のＢＡＲ値を有する場合が多い。
低ＢＡＲのディスク上に密集したビットを検出することができる読み取りヘッドを備えた、超高データ密度の磁気記録ディスクドライブが求められる。

本発明は、低ＢＡＲを備え、トラック横断空間分解能が高い磁気抵抗読み取りヘッドを有する、連続媒体またはパターンドメディアディスクドライブである。読み取りヘッドは２つの磁気シールド間に配置され、シールドおよび読み取りヘッドは、ヘッドキャリアの側面上に、キャリアのディスクに面する面に垂直に形成される。キャリアは、ディスクドライブアクチュエータで支持され、キャリアの側面はデータトラックにほぼ平行に配向される。この配置では、読み取りヘッドの高空間分解能方向（ヘッドがその上に形成される側面に垂直な横断方向）は、半径方向またはトラック横断方向にある。読み取りヘッドがデータトラックからのデータビットを検出しているとき、ヘッドのいずれかの側のシールドは、近接するデータトラックのデータビットからのフラックスの量を減少させる。

トラック横断方向の高い空間分解能を備えた読み取りヘッドは、約３未満のＢＡＲを備えたディスクからのデータビットを検出するのには最適である。これにより、ビットがパターニングされた超高密度のパターンドメディアを使用して、１程度のＢＡＲを達成することが可能になる。十分な隣接トラック阻止を達成するには、読み取り装置の幅が、標準的にはトラックピッチのおよそ半分の幅である必要があるため、従来のように配向されたヘッドでは、（低ＢＡＲの）パターンドメディアを使用するには非常に狭い読み取り素子が必要になる。良好な隣接トラック阻止は、トラックに平行に配向されたヘッドの固有の能力であり、読み取りヘッドの幅には大きく依存しないため、本発明により、大幅に広い読み取りヘッド幅が可能になる。狭い読み取りヘッドを作製することは、リソグラフィパターニングの観点から見て困難なので、本発明にしたがって作られるヘッドは、作製がより容易である。

読み取りヘッドは、導電性の非磁性スペーサ層で分離された自由強磁性層および固定強磁性層を有する、面内電流（ＣＩＰ）型または面垂直電流（ＣＰＰ）型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読み取りヘッド、もしくは、電気絶縁性のトンネル障壁で分離された自由強磁性層および固定強磁性層を有する、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）磁気抵抗読み取りヘッドであってもよい。
磁気記録ディスクは、データビットが記録層の面内で磁化される「水平」記録ディスク、もしくはデータビットが記録層の面に垂直に磁化される「垂直」記録ディスクであってもよい。
ディスクドライブは、ヘッドキャリアにおいて読み取りヘッドと同じ側面にやはり形成される、磁極先端部が一般に側面と同一平面内にある、誘導書き込みヘッドを有してもよい。連続媒体と共に使用されるとき、側面上の同一平面内にある磁極先端部の厚さは、一般にデータトラックの幅を画定する。
本発明の性質および利点のさらに十分な理解のため、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照されたい。

本発明によれば、低ＢＡＲのディスク上に密集したビットを検出することができる読み取りヘッドを備えた、超高データ密度の磁気記録ディスクドライブを提供することができる。

図１は、一般的な磁気記録ハードディスクドライブの平面図である。ディスクドライブは、磁気記録ディスク１２、およびディスクドライブのハウジングまたは基部１６上に支持された回転式のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）アクチュエータ１４を包含する。ディスク１２は、複数の同心のデータトラックを備えた磁気記録層を有する。ディスク１２は、基部１６に据え付けられたスピンドルモータ（図示せず）によって、回転軸１３の周りで方向１５に回転される。アクチュエータ１４は、軸１７の周りで旋回し、剛体のアクチュエータアーム１８を包含する。一般に可撓性であるサスペンション２０は、たわみ要素２３を包含し、アーム１８の端部に取り付けられる。ヘッドキャリアまたは空気軸受スライダ２２は、たわみ部２３に取り付けられる。ヘッドキャリアは、トラック円周方向にほぼ垂直な端面または後端面２５と、トラック方向にほぼ平行な側面２６とを有する。標準的には誘導書き込みヘッドおよび磁気抵抗読み取りヘッドを包含する、磁気記録読み取り／書き込みヘッド２４は、スライダ２２の端面または後端面２５上に形成される。たわみ部２３およびサスペンション２０により、ディスク１２が回転することで生成される空気軸受上で、スライダが「縦揺れ」および「横揺れ」できるようになる。

ディスク１２が回転すると、アクチュエータ１４が回転して、読み取り／書き込みヘッド２４を、トラックを横切るほぼ半径方向に移動させることができ、データの読み取りおよび書き込みのために、ディスク１２上の異なる同心のデータトラックにアクセスすることができる。標準的には、スピンドルモータによって回転するハブ上に複数のディスクが積み重ねられ、別個のスライダおよび読み取り／書き込みヘッドがそれぞれのディスク表面に関連付けられる。

図２Ａは、図１の方向２−２で取ったディスクドライブヘッドアセンブリおよびディスク１２の一部分の拡大端面図である。ヘッドアセンブリは、スライダの後端面２５上に形成された読み取り／書き込みヘッド２４を包含する。スライダ２２は、たわみ部２３に取り付けられており、ディスクに面する表面２７、およびディスクに面する表面２７にほぼ垂直であって半径方向またはトラック横断方向にほぼ平行な端面２５を有する。スライダ２２のディスクに面する表面２７は、空気軸受面（ＡＢＳ）であり、端面２５は後端面である。ＡＢＳ２７は、回転するディスク１２からの空気流が、ディスク１２の表面に非常に近接してまたはそれとほぼ接触して、スライダ２２を支持する空気のベアリングを生成するようにさせる。読み取り／書き込みヘッド２４は、後端面２５上に形成され、後端面２５上の端子パッド２９と電気的に接続することによって、ディスクドライブの読み取り／書き込みエレクトロニクスに接続される。

図２Ａに示ように、ディスク１２は、磁気記録層４０および保護被膜４２を有する。磁気記録層４０は、従来の市販の磁気記録ディスクにおけるもののような、「連続」媒体と呼ばれることがあるスパッタ蒸着されたコバルト（Ｃｏ）合金膜などの、磁気記録材料の連続層であってもよい。ディスク１２が連続媒体である場合、ディスク１２が回転するにしたがって書き込みヘッドを通る書き込み電流が磁界を生成すると、誘導書き込みヘッドは、円周方向（図２Ａにおける紙面奥行き方向）にデータトラックを形成する。複数の同心のデータトラックの断面は、図２Ａの半径方向に沿って示されており、読み取り／書き込みヘッド２４の直下にあるデータトラックは、トラック４３として規定されている。

図２Ｂは、データトラック４３を備えた磁気記録層４０の一部分を示すディスク１２の平面図である。データトラックの各々は、層４０の面内に、ならびに円周方向またはトラック平行方向に配向された、磁化領域または磁化（矢印で表される）を有する。データトラックは互いに物理的に分離されず、また、層４０内に予め形成されないが、書き込みヘッドからの書き込み磁界が連続磁性層内に磁化を作成するときに形成されるので、磁性材料の記録層４０は、連続磁性層と呼ばれる。図２Ｂでは、磁化領域はそれぞれ、標準的なビット４５などの、書き込みヘッドから単一パルスによって作成されることができる最も小さな単一の「ビット」として表わされる。実際には、記録されるデータ内で１から０への、またはその逆の変化があるまで、磁化方向は切り替わらないので、矢印で表される磁化の多くはシングルビットサイズよりは長くなる。磁化領域は、ビットまたはビットセルと称されるが、それは、読み取りヘッドによってデータとして検出される、トラックに沿った隣接する磁化領域の間の転移である。図２Ｂでは、ビットは、記録層４０の面内で磁化されているものとして示されており、すなわちディスク１２は、水平または長手磁気記録ディスクである。しかしながら、記録ディスクは垂直磁気記録ディスクであってもよく、その場合、ビットの磁化は記録層４０の面に垂直になる。

図２Ｂに示すように、標準的なビット４５などのビットはそれぞれ、トラック横断幅Ｗおよびトラック平行長さＬを有するので、個々のビットは、ほぼＷ／Ｌのビットアスペクト比（ＢＡＲ）を有すると考えることができる。しかしながら、ＢＡＲは、リニアビット密度、すなわち円周方向またはトラック平行方向における１インチ当たりビット数（ＢＰＩ）と、トラック密度、すなわち半径方向またはトラック横断方向における１インチ当たりトラック数（ＴＰＩ）との比として、より正確に決定される。ディスクの全体的なデータ密度を増加させるための従来の方策は、ＢＰＩを増加させることにより焦点を置いていたため、従来のディスクは、比較的高い、例えば５以上のＢＡＲを有する。

上述のように、従来の磁気記録ディスクドライブは連続媒体を使用している一方、「パターンド」メディアを使用するディスクドライブが提案された。パターンドメディアでは、ディスク上の記録層中の磁性材料は、各島または「ビット」内に単一の磁気ドメインが存在するように、小さな分離されたブロックまたは島にパターニングされる。単一の磁気ドメインは、単一の粒子であるか、または、単一の磁気ボリュームとして一斉に磁気状態が切り替わる、強く結合したいくつかの粒子からなることができる。これは、単一の「ビット」が磁区壁によって分離された複数の磁気ドメインを有してもよい従来の連続媒体と対照的である。パターニングされたブロックの必要な磁気分離を生成するために、ブロック間の領域の磁気モーメントは、これらの領域を本質的に非磁性にするように、破壊されるか大幅に低減されなければならない。あるいは、媒体は、ブロック間の領域内に磁性材料が存在しないように作製されてもよい。

特許文献１（米国特許第５８２０７６９号明細書）は、様々なタイプのパターンドメディアおよびそれらの作製方法の代表例である。「非磁性」という用語は、データブロック間の領域が、誘電体などの非強磁性材料、または、磁界が印加されていない状態で実質的に残留モーメントを有さない材料から形成されることを意味する。非磁性領域はまた、磁気記録層またはディスク基板中のグルーブまたはトラフなどの、磁性材料が存在しないところであってもよい。図２Ｃは、非磁性領域４６によって分離された、標準的なビット４５’などの磁性材料のデータブロックまたはビットにパターニングされた磁気記録層４０’を備える、ディスク１２’の平面図である。図２Ｃの例ではビットは円形状に形作られているが、ビットは、他の形状を有することができる。図２Ｃでは、トラック平行方向およびトラック横断方向におけるビットの間隔により、ＢＡＲは約１になるので、ディスクは低ＢＡＲのディスクである。パターニングされたビットは、水平記録用に記録層４０’の面内で磁化されてもよく、また垂直記録用に記録層４０’の面に垂直に磁化されてもよい。

図３は、図２Ａの方向３−３における図であり、ディスク１２から見た読み取り／書き込みヘッド２４の端部を示す。読み取り／書き込みヘッド２４は、スライダ２２の後端面２５上に蒸着され、リソグラフィでパターニングされた一連の薄膜である。書き込みヘッド２８は、書き込みギャップ３０によって分離された、書き込み磁極Ｐ１／Ｓ２およびＰ２を包含する。書き込み電流が書き込みヘッド２８に導かれると、トラック４３に沿った方向で、書き込みギャップ３０を横切って磁界が生成される。磁気抵抗センサまたは読み取りヘッド１００は、標準的にはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成される２つの絶縁ギャップ層Ｇ１、Ｇ２の間に配置される。ギャップ層Ｇ１、Ｇ２は、磁気シールドＳ１とＰ１／Ｓ２の間に配置され、Ｐ１／Ｓ２は、書き込みヘッドのための第１の書き込み磁極としても作用する。シールドＳ２が磁極Ｐ１としても作用するので、この種の読み取り／書き込みヘッド２４は「組合せ」ヘッドとして知られている。Ｓ２およびＰ１が別個の層の場合、読み取り／書き込みヘッドは「ピギーバック」ヘッドとして知られている。書き込み磁極は、標準的にはめっきしたＮｉＦｅまたはＣｏＦｅ合金から形成される。シールドは、標準的にはパーマロイ（ＮｉＦｅ）またはセンダスト（ＦｅＡｌＳｉ）から形成される。読み取りヘッド１００がデータトラック４３からの磁気転移を検出しているとき、シールドＳ１、Ｓ２は、データトラック内の近接する転移からの磁束が読み取りヘッドに達するのを防ぐ。

図４は、ヘッドを作る層の積み重なり、およびディスクからの磁界を検出するヘッドの操作を示す、従来の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）スピンバルブ読み取りヘッド１００の斜視図である。層は、スライダの端面２５上に形成されたシールドＳ１の上に形成されており、端面２５は、ＡＢＳに直角であって、トラック横断方向にほぼ平行である。ヘッド１００は、ディスクに垂直な固定のまたは固着された磁気モーメントまたは磁化方向１０７を有する、固定強磁性層１０６、ディスクからの横方向外部磁界に応答して自由層１１０の面内で回転可能な磁気モーメントまたは磁化方向１１１を有する、センシングまたは「自由」強磁性層１１０、ならびに固定層１０６と自由層１１０の間の非磁性の導電性スペーサ層１０８を包含する。固定層１０６は、反強磁性（ＡＦＭ）層１０４と交換結合されている。したがって、固定層１０６の磁化方向１０７は固定され、対象範囲内における外部磁界、すなわちディスク上の記録データからの磁界の存在下では回転しない。

トラック横断方向での自由層１１０の幅は、一般にデータトラック幅（ＴＷ）を画定する。センス電流Ｉ_Ｓは、一般に、読み取りヘッドの端部で接続された導線（図示せず）から自由層１１０および固定層１０６の面内に印加されるので、ディスクからの磁界による、固定層の磁化１０７に対する自由層の磁化１１１の回転は、電気抵抗の変化として検出できる。自由層１１０は、印加される磁界がない状態では、ＡＢＳおよびデータトラック４３上のディスク表面にほぼ平行な、自身の磁化方向１１１を有する。磁気記録層の面内であってトラックに沿った２つの隣接する磁気転移４７、４８は、ディスクの面外であって自由層の磁化方向１１１にほぼ直交する磁界Ｈを作成する。この磁界Ｈにより、点線の矢印で示すように、磁界Ｈの方向によってディスクから「上向き」または「下向き」に、磁化方向１１１が自由層１１０の面内で回転する。

センス電流ＩＳが自由層および固定層の面内で方向付けられるので、図４の読み取りヘッド１００は、面内電流（ＣＩＰ）型スピンバルブ（ＳＶ）読み取りヘッドである。しかしながら、読み取りヘッド１００は、自由層および固定層の面にほぼ垂直に通るように方向付けられたセンス電流Ｉ_Ｓを有する、面垂直電流（ＣＰＰ）型読み取りヘッドであってもよい。非磁性スペーサ層１０８が導電性であるので、上述の読み取りヘッド１００はＧＭＲ読み取りヘッドである。しかしながら、読み取りヘッドはまた、周知の磁気トンネル接合（ＭＴＪ）磁気抵抗読み取りヘッドであってもよく、その場合には、スペーサ層は、標準的にはアルミナである電気絶縁性のトンネル障壁である。ＭＴＪ読み取りヘッドはＣＰＰ型読み取りヘッドでもある。

図５Ａは、データトラック４３上に載置されたＣＩＰ型磁気抵抗読み取りヘッドを示す。
読み取りヘッド１００は、シールドＳ１、Ｓ２の間に位置する電気絶縁性のギャップ層Ｇ１、Ｇ２の間に配置される。ヘッド１００のセンシング層の磁化方向は、強磁性バイアス層ＢＬ１、ＢＬ２によって偏向され、導線Ｌ１、Ｌ２によってヘッド１００への電気的接続が作られて、センス電流をヘッド１００の層の面に平行に導くことが可能になる。

図５Ｂは、データトラック４３上に載置されたＣＰＰ型磁気抵抗読み取りヘッドを示す。読み取りヘッド１００は、シールドＳ１、Ｓ２の間に位置する導電性層ＣＬ１、ＣＬ２の間に配置される。ヘッド１００のセンシング層の磁化方向は、強磁性バイアス層ＢＬ１、ＢＬ２によって偏向され、シールドＳ１、Ｓ２および層ＣＬ１、ＣＬ２を介して電気的接続が作られて、センス電流をヘッド１００の層の面に垂直に導くことが可能になる。

図５Ａ、５Ｂに示すもののような薄膜読み取りヘッドは、一般に非対称の空間分解能を有し、特に、基板（すなわち、ヘッドがその上に形成されるヘッドキャリアの端面２５）に垂直な横断方向において高空間分解能と、基板に平行な方向においてそれよりも低い空間分解能とを有する。この空間分解能が非対称なのは、横断方向の分解能が磁気シールド間のギャップ間隔によって制御され、平行方向の分解能が、リソグラフィで決まるセンシング層の幅によって制御されるためである。この固有の非対称性が、非常に狭いトラックにトラック追従サーボ系を実装することの難しさと相まって、磁気記録システムの設計者は、標準的には５を越える大きなＢＡＲ値を選択しようと考える。

より最近では、超常磁性効果が、リニアビット密度の継続的な増加を制限するようになってきた。この周知の効果により、（許容可能な媒体の転移ノイズレベルで増加したリニアビット密度を支持するために必要な）媒体の粒度の継続的な小型化が、結果として記録媒体の熱的安定性の損失につながる、すなわち、データは、記録媒体の予期される寿命以前にそれ自体を消去してしまう可能性がある。この問題を回避するために、トラック密度を、リニアビット密度よりも速く測ることができ、これがより低いＢＡＲにつながる。しかしながら最終的には、パターンドメディアは、３００Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２程度の面データ密度を達成することが求められる。１を大幅に越えるＢＡＲのこのデータ密度を達成することは、リソグラフィ技術に大きな負担をかけることになり、やはり低いＢＡＲへの動機付けとなる。

しかしながら、低ＢＡＲのディスクは、トラック横断方向の分解能が低いため、読み取りヘッドの従来の配向が好ましくないものになる。これは、従来の磁気記録ディスクが、ヘッドのトラック平行方向の分解能がリニアビット間隔よりも大幅に低い場合に、符号間干渉を明らかにすることができ、うまくデータを復号することができる、部分応答（ＰＲ）データ検出および復号化スキームを使用しているためである。読み取りヘッドの分解能力は、一般に、ディスク上の非常に小さな磁性形体に対するヘッド応答の半値でのパルス幅（ＰＷ５０）として測定される。ＰＷ５０対ビット長の比は、従来のＰＲデータチャンネルでは約２〜４の範囲である。一方、ＰＲチャンネルは、隣接するデータトラックからの信号に対して容易に修正することができないので、近接するデータトラックから何らかの顕著な応答があれば、エラー率が許容できないほど高くなる。したがって、近接するデータトラックからの応答が少なくとも２０ｄＢ下がるように、読み取りヘッドのトラック横断方向の分解能は十分に高い必要がある。したがって、（１程度の）低いＢＡＲは、クロス平行方向のビット間隔の、またはそれよりも小さいトラック横断方向の分解能を備え、一方、トラック平行方向の分解能が標準的にはリニアビット間隔の２〜４倍である、読み取りヘッドを決定付ける。上述の理由から、優れたトラック横断方向分解能を備えたものよりも、優れたトラック平行方向分解能を備えた読み取りヘッドを選択することの分岐点は、約３のＢＡＲで生じる。

本発明は、読み取りヘッドとそのシールドがトラックに沿った方向に平行に配向されてその上に形成される、基板表面の面を備えた磁気記録ディスクドライブである。これは、ディスクドライブが、ディスク１２’、およびサスペンション２０で支持されたヘッドキャリアまたはスライダ２２を備える図６に、概略的に示される。ディスク１２’は、約３未満のＢＡＲを備え、標準的な低ＢＡＲデータトラック４３’などの、複数の同心のデータトラックを有するディスクである。シールドＳ１、Ｓ２（図示せず）を備えた読み取りヘッド１００および書き込みヘッド２８’は、スライダ２２の側面２６上に形成される。スライダ２２の側面２６は、一般にディスクに面する表面２７と端面２５の両方に直交し、また一般に、読み取られるデータトラック４３’に平行である。

図７は、低ＢＡＲのデータトラック４３’上に載置されたＣＩＰ型磁気抵抗読み取りヘッドとしての、図６の読み取りヘッド１００を示す。読み取りヘッド１００は、シールドＳ１、Ｓ２の間に位置する電気絶縁性のギャップ層Ｇ１、Ｇ２の間に配置される。第１のシールドＳ１は、スライダ２２の側面２６上に形成される。ヘッド１００内のセンシング層の磁化方向はデータトラック４３’に平行であり、強磁性バイアス層ＢＬ１、ＢＬ２によって偏向される。導線Ｌ１、Ｌ２によって、ヘッド１００への電気的接続が行われ、これによって、センス電流をヘッド１００の層の面に平行に導くことが可能になる。データトラック４３’は、約１のＢＡＲを備えるディスクにつながるほぼ等しいＷ寸法およびＬ寸法を有する、標準的なビット４５’などのシングルビットで示される。シールドＳ１、Ｓ２は、データトラックの近接するデータトラック４３’からの磁束が読み取りヘッド１００に達するのを防ぐ。

図７のデータトラック４３’のビットは、図５Ａに示されるもののような、しかし低ＢＡＲの連続媒体の磁化領域であっても、または図２Ｃに示すようなパターンドメディアの別個のブロックであってもよい。さらに、ディスクは、図７に示すような、ビットが記録層の面内で磁化された水平記録層を備えるものではなく、ビットが記録層に垂直に磁化された垂直磁化記録層を備えるものであってもよい。ＣＩＰ型読み取りヘッドを図７に示しているものの、本発明は、スライダ２２の側面２６上のシールドＳ１、Ｓ２の間に配置されたＣＰＰ型読み取りヘッドに十分に適用可能である。

図７に示すように、読み取りヘッド１００は、それが上に形成される表面２６に平行な、かつデータトラック４３’に平行な、幅ＷＨを有する。従来の読み取りヘッド（図５に示すもののように、ヘッドがその上に形成される表面はトラック平行方向に垂直である）と共に使用されるパターンドメディアでは、Ｔがディスク上のデータトラックのトラック横断ピッチのとき、幅ＷＨはＴよりも小さいことが必要である。これは、ＷＨがＴよりも大きい場合、読み取りヘッドが、隣接するデータトラック上のデータから過剰な量の磁束を検出するためである。しかしながら、パターンドメディアと共に使用されるとき、本発明の読み取りヘッドはＴよりも大きなＷＨを有することができ、このＴは、ＢＡＲが約１の場合、トラックに沿った島のダウントラックピッチにほぼ等しい。これは、複数のダウントラックデータビットから派生する信号を、読み取りチャンネルで同時に処理することができるためであり、この情報は、ビットデータを抽出するのに使用される。読み取りヘッドは、より広くすることができるので、基板表面上に形成し、リソグラフィでパターニングする方が容易である。

パターンドメディアを使用し、ＢＡＲ＝１で５００Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２の面密度に設計されたディスクドライブのための、読み取りヘッドおよび記録媒体の標準的な寸法は、次のとおりである。トラックピッチ＝３６ｎｍ、ビットピッチ＝３６ｎｍ、読み取りヘッド幅ＷＨ＝８０ｎｍ、読み取りヘッド高さ＝５０ｎｍ、シールド間隔またはギャップ＝５０ｎｍ、ヘッド・媒体間隔（ヘッドの底部から媒体の頂部まで）＝１０ｎｍ、パターニングされた記録媒体の島の直径＝２５ｎｍ、およびパターニングされた記録媒体の島の厚さ＝１０ｎｍ。

本発明の利点は、コンピュータモデリングによって実証された。このモデルでは、媒体は、磁束戻り経路を提供する軟磁性下地層の上に、パターニングされた垂直記録層を備えた垂直媒体であった。パターンドメディアは、各ビットが垂直磁化を有する、図２Ｃに示すようなものであった。各ビットの直径は２３ｎｍ、ビットのトラック平行周期は３８．６ｎｍ、トラック横断周期は３３．４ｎｍであり、その結果ＢＡＲは０．８７であった。
読み取りヘッドは、５０ｎｍの幅ＷＨおよび３ｎｍの厚さを有していた。２つのシールド間のギャップは５０ｎｍであった。この媒体および読み取りヘッドを用いて、従来の方式で、すなわち、ヘッドを支持する基板表面がトラック横断方向に平行に配向されるように（図５Ａのように）ヘッドキャリアを配向して、データが読み取られ、本発明にしたがって、すなわち、基板表面がトラック平行方向に平行になるように（図７のように）ヘッドキャリアを配向して読み取ったデータと比較した。本発明は、大幅に良好なよいクロストラック阻止を提供した。具体的には、ヘッドは、ヘッドの中心からわずかに６６ｎｍしか離れていない、隣接トラックからの信号振幅の９５％を阻止することができたのに対して、従来の配向のヘッドでは、同程度の隣接トラック阻止を達成するには、隣接トラックがヘッドの中心から１１９ｎｍ離れている必要がある。

コンピュータモデリングはさらに、トラック平行方向に平行な基板表面と共に配向されたヘッドの隣接トラック阻止に対する能力が、シールド間の間隔またはギャップに特に敏感ではないことを示した。このことは、リソグラフィで画定された読み取りセンサの幅が隣接トラック阻止の能力に大きく影響する従来のように配向されたヘッドでは、リソグラフィによるパターニング工程に対して厳しい許容差要件が与えられるのに比べて、非常に優れている。したがって、本発明の追加の利点は、シールド間隔またはギャップを、ディスク上のデータトラックのトラック横断ピッチＴよりも大きくできることである。これは、Ｓ１とＳ２の間隔がデータトラックの幅Ｗよりも大きいものとして表されている図７に示される。絶縁層、比較的厚い反強磁性層、およびスタック内のバイアス層が必要なため、小さなシールド間ギャップを達成することは困難である。
さらに、モデリングは、読み取りヘッドの幅がディスク上のデータトラックのビットピッチの約２倍未満であれば、ヘッド基板の面とディスク上のデータトラックの接線との間の１５°もの大きな斜角が、隣接トラック阻止に著しい悪影響を及ぼさないことを示している。

図６に概略的に示すように、書き込みヘッド２８’は、読み取りヘッド１００に隣接するスライダ２２の側面２６上に形成される。本発明のディスクドライブと共に使用するための書き込みヘッドを、図８Ａ、８Ｂに示す。書き込みヘッド２８’は、第１のパターニングされた銅層３５０、パターニングされたヨーク３６０、および第２のパターニングされた銅層３７０を包含し、これらはすべて、従来のリソグラフィパターニングおよび蒸着プロセスによって形成される。銅層３５０および３７０はそれぞれ、端部で接続されて、中間ヨーク３６０に巻き付くまたはこれを取り囲む完全なコイルを形成する１組のコイルセグメントを包含し、その結果、コイルを通して書き込み電流が生成されると、同一平面内にある書き込み磁極Ｐ１、Ｐ２によって書き込みギャップ３３０の両端間に磁界が生成される。図８Ａに示すように、書き込み磁極Ｐ１、Ｐ２および書き込みギャップ３３０は、実質的に同一面内にあり、この面は、スライダの側面２６に平行、すなわちトラック平行方向に平行である。書き込みギャップ３３０の両端間の磁界は、トラック方向に沿って配向され、データトラック内に磁化を作る。磁極Ｐ１、Ｐ２および書き込みギャップ３３０のデータトラックに対する関係を示すために、データトラック４３’の一部分が図８Ａに示される。図８Ｂは、ＡＢＳから見た書き込み磁極および書き込みギャップを示す。同一平面内にある書き込み磁極Ｐ１、Ｐ２の厚さまたは幅（ＷＰ）により、連続媒体のトラック幅（ＴＷ）が決まる。書き込み磁極の厚さを増加させると、記録層に印加される書き込み磁界の強度が増加する。

本発明を、好ましい実施形態を参照して具体的に示しかつ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行なわれてもよいことが、当業者には理解されるであろう。したがって、開示される発明は単に例示目的のものであり、その範囲は、特許請求の範囲に明記されるものによってのみ制限されるものと見なされる。

カバーを取り外した、従来の磁気記録ハードディスクドライブの概略平面図である。 図１の方向２−２で取ったスライダおよびディスクの一部分の拡大端面図である。 高ビットアスペクト比（ＢＡＲ）を有するデータビットを備えた連続磁気記録層上のデータトラックを示す従来技術のディスクドライブにおける磁気記録ディスクの平面図である。 低ＢＡＲを有するデータビットを備えたパターニングされた磁気記録層上のデータトラックを示す従来技術の磁気記録ディスクの平面図である。 図２Ａの方向３−３の図であり、従来技術のディスクドライブにおけるディスクから見た読み取り／書き込みヘッドの端部を示す。 従来技術のディスクドライブにおけるディスクからの磁界を検出する読み取りヘッドの操作を概略的に示すための、磁気抵抗読み取りヘッドおよびデータトラックの分解斜視図である。 従来技術による高ＢＡＲを備えた連続媒体のデータトラック上に載置された面内電流（ＣＩＰ）型磁気抵抗読み取りヘッドのＡＢＳを示す図である。 従来技術による高ＢＡＲを備えた連続媒体のデータトラック上に載置された面垂直電流（ＣＰＰ）型磁気抵抗読み取りヘッドのＡＢＳを示す図である。 トラックに沿った方向に平行に配向されたスライダの側面上にある読み取りヘッドを示す本発明のディスクドライブの一部分の概略図である。 低ＢＡＲを備えたデータトラック上に載置されたＣＩＰ型磁気抵抗読み取りヘッドとしての図６の読み取りヘッドを示す図である。 本発明のスライダの側面に面し、側面上の書き込みヘッドおよびデータトラックを備えたディスクの一部分を示す図である。 スライダのディスクに面する表面に面し、図８Ａの書き込みヘッドの磁極先端部を示す図である。

符号の説明

１２，１２’…磁気記録ディスク、
１３…回転軸、
１４…アクチュエータ、
１６…基部、
１７…軸、
１８…アクチュエータアーム、
２０…サスペンション、
２２…ヘッドキャリア（空気軸受スライダ）、
２３…たわみ要素、
２４…磁気記録読み取り／書き込みヘッド、
２６…側面、
２５…後端面、
２７…表面、
２８’…書き込みヘッド、
２９…端子パッド、
３０…書き込みギャップ、
４０…磁気記録層、
４２…保護被膜、
４３’…データトラック、
４５’…ビット
Ｓ１、Ｓ２…シールド、
１００…読み取りヘッド、
１０４…反強磁性（ＡＦＭ）層、
１０６…固定強磁性層、
１０８…非磁性スペーサ層、
１１０…自由層、
３５０、３７０…銅層、
３３０…書き込みギャップ、
３６０…ヨーク、
ＢＬ１，ＢＬ２…強磁性バイアス層、
Ｇ１，Ｇ２…ギャップ層、
Ｌ１，Ｌ２…導線。

Claims (21)

1. ディスクおよび該ディスク上に記録されたデータを読み取るための読み取りヘッドを有する磁気記録ディスクドライブであって、
   基板および該基板上の磁気記録層を備え、複数のほぼ同心のデータトラックを有する回転可能なディスクと、
   ディスクに面する表面および該ディスクに面する表面にほぼ直交する側面を有する前記読み取りヘッドのキャリアと、
   前記側面上の第１の磁気シールドと、
   前記第１のシールド上の、センシング層を備える読み取りヘッドと、
   前記読み取りヘッド上の第２の磁気シールドと、
   前記キャリアに接続された、前記読み取りヘッドを選択されたデータトラックに対して位置決めするためのアクチュエータであって、前記読み取りヘッドのセンシング層を読み取られる前記データトラックにほぼ平行にして前記キャリアを支持するアクチュエータと、を有することを特徴とする磁気記録ディスクドライブ。
2. 前記磁気記録層内の前記データトラックが、前記磁気記録層の面内で磁化可能な磁性材料のビットを含むことを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
3. 前記磁気記録層内の前記データトラックが、前記磁気記録層の面に垂直に磁化可能な磁性材料のビットを含むことを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
4. 前記磁気記録層が磁性材料の連続層を有することを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
5. 前記磁気記録層内の前記データトラックが、非磁性領域で分離された磁性材料の別個のデータビットにパターニングされていることを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
6. 前記データビットが、トラックピッチＴを有する円形状のトラックに配列され、前記センシング層が前記ディスクに面する表面に平行な幅ＷＨを有し、ＷＨがＴよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のディスクドライブ。
7. 前記シールド間の間隔がＴよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のディスクドライブ。
8. 前記磁気記録層内の前記データトラックが磁性材料のデータビットを含み、前記データトラックに沿ったビット密度と半径方向のトラック密度との比が約３よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
9. 前記磁気記録層内の前記データトラックが、非磁性領域で分離された磁性材料の別個のデータビットにパターニングされていることを特徴とする請求項８に記載のディスクドライブ。
10. 前記読み取りヘッドが磁気抵抗読み取りヘッドであり、前記センシング層が、外部磁界がない場合に前記ヘッドキャリアのディスクに面する表面にほぼ平行に配向され、前記データトラックからの磁界がある場合に実質的に自由に回転する、面内磁化方向を有する自由強磁性層であり、前記読み取りヘッドがさらに、
    前記ヘッドキャリアのディスクに面する表面にほぼ垂直に配向された面内磁化方向を有する固定強磁性層と、
    前記自由層と前記固定層の間の非磁性スペーサ層と、を有し、
    前記自由層、前記スペーサ層および前記固定層が、前記第１および第２のシールドの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
11. 前記磁気抵抗読み取りヘッドが面内電流（ＣＩＰ）型読み取りヘッドであることを特徴とする請求項１０に記載のディスクドライブ。
12. 前記磁気抵抗読み取りヘッドが面垂直電流（ＣＰＰ）型読み取りヘッドであることを特徴とする請求項１０に記載のディスクドライブ。
13. 前記側面上に形成された誘導書き込みヘッドをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のディスクドライブ。
14. 基板および該基板上の磁気記録層を備え、非磁性領域で分離された磁性材料の別個のデータビットを有する複数のほぼ同心のデータトラックにパターニングされた、回転可能なディスクと、
    ディスクに面する表面および該ディスクに面する表面にほぼ直交する側面を有するキャリアと、
    前記側面上にあり、該側面に垂直な方向に離間した、一対の磁気シールドと、
    前記シールドの間にあり、前記ディスク上のデータビットを検出するための、前記ディスクに面する表面に平行な幅ＷＨを有する磁気抵抗読み取りヘッドと、
    前記側面上にあり、前記データビットを磁化するための誘導書き込みヘッドと、
    前記キャリアに接続された、前記ディスクを横切って前記キャリアをほぼ半径方向に移動させるためのアクチュエータであって、ＷＨを有する前記キャリアを前記データトラックにほぼ平行に支持するアクチュエータと、
    を有することを特徴とする磁気記録ディスクドライブ。
15. 前記データビットが前記磁気記録層の面内で磁化可能であることを特徴とする請求項１４に記載のディスクドライブ。
16. 前記データビットが前記磁気記録層の面に垂直に磁化可能であることを特徴とする請求項１４に記載のディスクドライブ。
17. 前記データビットがトラックピッチＴを有する円形状のトラックに配置され、ＷＨがＴよりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載のディスクドライブ。
18. 前記データトラックに沿ったビット密度と半径方向のトラック密度との比が約３よりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載のディスクドライブ。
19. 前記読み取りヘッドが、
    外部磁界がない場合に前記ヘッドキャリアのディスクに面する表面にほぼ平行に配向され、前記データビットからの磁界がある場合に実質的に自由に回転する、面内磁化方向を有する自由強磁性層と、
    前記ヘッドキャリアのディスクに面する表面にほぼ垂直に配向された面内磁化方向を有する固定強磁性層と、
    前記自由層と前記固定層の間の非磁性スペーサ層と、
    を有することを特徴とする請求項１４に記載のディスクドライブ。
20. 前記読み取りヘッドが面内電流（ＣＩＰ）型読み取りヘッドであることを特徴とする請求項１９に記載のディスクドライブ。
21. 前記読み取りヘッドが面垂直電流(ＣＰＰ)型読み取りヘッドであることを特徴とする請求項１９に記載のディスクドライブ。

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