JP2007305291A - 垂直磁気媒体計測の方法とシステム - Google Patents

Abstract

【課題】垂直配向した磁気磁気記録層を有する磁気薄膜の磁気特性の測定に適した磁気書き込みと読み出しヘッドのシステムを提供する。
【解決手段】本システムはコンピュータと交信する巨視的記録ヘッドを有する。該記録ヘッドはヨークと磁場を発生するための少なくとも１つの磁場発生因子を有し、該ヨークは磁気記録媒体層を有するデバイスの第一の側の上に位置決めされることが可能である第一磁極と、第一磁極と反対側にあり、かつデバイスの第二の側の下に位置決めされることが可能である第二磁極とを有し、デバイスを通過する磁束の封じ込めを提供する第一ならびに第二の磁極の位置決めを行う。本システムは、さらに、デバイスとヨークの相対的な位置決めと移動を実行可能であり、デバイスと巨視的記録ヘッドと交信可能な移送機構を有している。
【選択図】図１

Description

関連出願

この出願はウィリアム・バン・ドレントにより２００６年５月１１日に出願された、垂直磁気記録計測の方法とシステム、と題される米国特許１１／４３２，７３０号の継続出願であり、当出願に関する開示は本願明細書に援用される。

この発明は一般に計測法の分野にかかるものであり、より詳しくは、垂直記録むけ磁気媒体の計測システムに関するものである。

従来の磁気記録技術においては、水平記録法として知られる技術により、より高いデータ密度がディスク・ドライブ上に記録されてきた。図３（先行技術）に示される如く、水平記録においては、記録ヘッドが表面に対して移動する方向に対し、磁気媒体の磁化は平行もしくは反平行に切り替えられていた。水平記録法に関しては、過去数年間において、１年もしくは２年毎に１００パーセントに近い面密度の増加が達成されてきたが、超常磁性の限界がこの種の記録法の限界を示し始めたと考えられている。結果として、さらなる面密度の増加を目指して、数多くの製造業者により垂直記録が採用されつつある。従来法において、ビットはディスクまたは磁気表面と同じ面に「横たわる」のに対し、垂直記録では、ビットは磁気表面に「垂直」に記録され、大幅に高い記録密度が達成される。

垂直記録により、より高い保磁度を有する媒体の使用が可能となる。結果として、データを垂直に記録するために使用される磁気ヘッドは、より大幅に大きな磁界を発生する必要がある。保磁度が高いほど、より熱的に安定であるため、現行の記録密度よりも高い密度において、超常磁性効果により媒体が影響される可能性はより少なくなる。しかしながら、同時に、このことは、磁気媒体の磁気特性を測定する通常の方法の多くは、垂直記録への適用に際し、不適切である場合があることを示す。なぜなら従来法は、より高い保磁度を有する媒体を切り替えるのに十分な磁界を有していない場合があり得るからである。

通常、垂直記録媒体は、少なくとも、１つの垂直記録層と軟磁性下地層（ＳＵＬ）により構成される。垂直記録層の磁化の切り替えに際し、十分な大きさの垂直磁場を与える必要がある。図５（先行技術）に示される如く、垂直ハード・ディスク・ドライブにおいて、磁化の切り替えは、接触距離近傍にある（１０ナノメータのオーダー）単一の微視的単極チップ（ＳＰＴ）記録ヘッド３０によりなされる。この場合、ＳＵＬ１２はＳＰＴヘッドの磁束フィードバック経路として機能し、磁気鏡像効果によりヘッドにおける磁場を実質的に２倍とする。

生産設備と共に使用されるディスク試験機では、回転スタンド上の飛翔ＳＰＴヘッドは実用的でない。この時点では、プロセス・フィードバックとしてＭＲＴ（残留磁気と厚さの積）やＨｒ（残留保磁度）などの巨視的特性を迅速に知る必要がある。これらの特性は、ディスク上の広い領域において、高い精度と高い再現性（両者共にパーセントの端数）で測定されることが要求され、さらに迅速な測定（１つのディスクを１分のオーダーで処理）が求められる。現行の水平巨視的ディスク測定では、例えば、２．５ｍｍ幅の巨視的ヘッドが使用され、ディスクから凡そ２５‐１００マイクロメートルの位置に設定されている。ヘッドは実際には飛翔せず、予め定められた距離を保つよう位置づけられている。通常、外径（ＯＤ）、中間径（ＭＤ）、内径（ＩＤ）の３つのトラックが測定される。

巨視的ＳＰＴ記録ヘッドを有する垂直試験機用として、軟磁性下地層は、磁束フィードバックとして機能するには薄すぎる。一般に軟磁性下地層は、１マイクロメーターよりも薄く、それ故、数オーダー大きいコアからの磁束に対処することはできない。ＳＵＬからの磁束フィードバックがない場合、巨視的ＳＰＴ記録ヘッドの垂直磁場の強さは限られており、垂直媒体の書き込みにさえ十分でない場合がある。この先、数年来に亘り、より小さな磁気ビットの熱的安定性を強化するために保磁度が上昇することが予想されるため、この問題は深刻である。さらに巨視的試験機の適切な作動には、磁化を切り替えるのみならず、最大の残留磁気を達成ために、通常、保磁度よりも少なくとも２．２倍大きい磁場を発生できることが要求される。

ディスクの一面側に集約された巨視的ヘッドの原理は、過去、水平磁場検査や測定機器に関して有用であった。しかしながら、この方法では、垂直試験や検査機器に関し、ディスクに十分な垂直磁場を与えることはできない。

本発明は、垂直配向した磁気磁気記録層を有する磁気薄膜の磁気特性の測定に適した磁気書き込みと読み出しヘッドのシステムに関する。本発明にかかるシステムのより、軟磁性下地層（ＳＵＬ）が単一または複数の磁気記録層の下にあるか否かによらず、記録層の磁気特性を測定できる。

図１の一実施態様では、磁気データ保管に使用される表面の上にある垂直磁化可能な記録層を磁化するのに十分な大きさの垂直磁場を発生できる包括的形態の巨視的記録ヘッド０４が示されている。包括的形態の巨視的記録ヘッド０４はヨーク００と単一または複数のコイル０２を含む。ヨーク００では１つの磁極Ｐ１が基板０８上の磁気記録媒体の片側に位置するように配置されており、他の磁極Ｐ２が基板の反対側にある磁気記録層の上に位置している。それ故、磁束の封じ込めは、磁気薄膜、基板、そして他に存在する薄膜を通じておこなわれる。書き込みプロセスに際し、磁気媒体は、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４のいくらか内側に位置し、円盤状の記録媒体もしくは記録表面の片側に装着された磁気記録ヘッドを有する従来のシステムとは異なっている。

包括的形態の巨視的記録ヘッド０４により交流磁場が発生される傍ら、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４を介して、磁気記録媒体０６は、水平方向に移動させられるか、回転させられる。ヨーク００の周囲にある単一または複数のコイル０２に電流を印加することにより磁場は発生される。このプロセスにより、垂直方向に配向した磁気記録媒体層０６に磁気転移が記録される。磁気記録媒体層０６と基板０８を経て、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４により磁束の封じ込めが達成されているため、ディスク基板０８の両側に位置する単一または複数の磁気記録媒体層に転移が同時に書き込まれる。

図４に示されるように、磁気記録媒体層の磁気特性の評価に際し、引き続き、読み出しヘッドが磁気記録層を通過する。ここでは、移動する媒体により誘起される磁束の変化は電圧の変化に変換される。後に、電圧の変化は増幅され、デジタル化され、磁化の大きさの情報として用いられる。書き込み磁場を変化させ、引き続き、読み出しヘッド０５を用いて記録された情報を読み出すことで、多数の磁気パラメータが得られる。

図１に示される如く、本発明は、ヨーク００と単一または複数のコイル０２を有する巨視的記録ヘッド０４を有する。それぞれのコイル０２は、磁界を発生するためにコイル・ドライバへの電気的結線２２を有する。図１に示される実施形態において、磁気媒体はハード・ドライブ・ディスク・プラッターであり、ここでデバイス０９は、該磁気媒体の表部と裏部の両表面に磁気記録媒体０６を有している。ただし、デバイス０９によっては、磁気媒体の片面側のみに記録層があることに留意されたい。通常、磁気媒体では、軟下地層ＳＵＬ１２を有する基板０８の上に単一の磁気記録層が堆積されている。全ての垂直媒体はＳＵＬ１２を有するが、垂直ハード・ディスク・ドライブ・デバイス０９によっては、基板０８がアルミニウムを含む場合があり、また基板０８がガラスから構成される場合もある。本発明は磁気テープまたは磁気カードといった他の垂直媒体の磁気特性の測定に使用可能である。

図１の実施形態において、スピンドル２４の上にデバイス０９が据え付けられている。ここで明らかなように、デバイス０９は、磁極Ｐ１とＰ２の間にある包括的形態の巨視的記録ヘッド０４のいくらか内側に位置している。この実施形態においては、ヨーク００にある複数のコイル０２に電流が印加され、結果として起因する包括的形態の巨視的記録ヘッド０４からの交流磁場が生じる傍らで、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４を通過するようにデバイス０９が回転させられる。以下に明らかになるように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、移送機構により、包括的形態の巨視的ヘッド０４とデバイス０９は様々な態様で、位置を設定でき、移動できる。

図１Ａにおいて、コンピュータ制御を有する実装された本発明にかかるブロック・ダイアグラムが示されている。コンピュータ・システム５２は入出力バス５８を通じてデータ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０と交信をおこなう。コンピュータ・システム５２において、コントロール・ソフトウェア５６が、上述の本発明のオペレーションを構成するのに用いられる。コントロール・パラメータは、入出力バス５８を経て、データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０に送られる。データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０は、必要に応じて、コントロール・パラメータを変換する。コンピュータ・システム５２はスピンドル・モータ１１に指示を送り包括的形態の巨視的記録ヘッド０４の内側に位置しているデバイス０９を回転させる。

さらに図１Ａにおいて、データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０は、コントロール・パラメータを変換し、適切な電圧をドライバ０４ａに送信することで、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４による書き込みを開始し、さらに、データが読み込まれる際に、単一または複数の読み出しヘッド０５ａにより読み出し、増幅器０５ａにより戻される信号を変換する。ここでは汎用的な誘起読み出しヘッドが示されているが、本技術関連分野に精通した者には、磁気抵抗ヘッドも使用できることは明らかであろう。単一または複数の読み出しヘッド０５ａからの試験データが読み戻されると、データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０は、読み戻された試験データをデジタル・フォーマットに変換し、解析ソフトウェア５４による解析をおこなうため、入出力バス５８を介し、コンピュータ・システム５２へ送信する。データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０は、スピンドル２４に連動したエンコーダ（図示されていない）からの信号を用いて、任意の時点において、これらプロセスとデバイス０９の実際のディスク位置とを相関づけることが可能である。

ここでの実施形態においては、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ^TMオペレーティング・システムを有するＩＢＭと互換性のあるパーソナル・コンピュータがコンピュータ・システム５２として使用されている。データ取得モジュールに関しては、同時入出力機能を有する、任意の高速多機能入出力カードを使用でき、このカードは、コンピュータ・システム５２の内部または外部に設置できる。ここでの実施形態では、Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ＤＴ９８３６ と呼ばれる高機能ＵＳＢデバイスが使用されているが、Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ などによる他のカードも使用できる。本技術関連分野に精通した者には、本発明の趣旨を逸脱すること無く、コンピュータ・システム、バス、インターフェイス・モジュール、そしてソフトウェア・プログラムの異なる設定を使用できることは明らかであろう。例えば、ここで記載される様々な移送機構に対して、追加のコントロールとデバイスを実装可能である。

図１に戻ると、デバイス０９が、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４のいくららか内側に位置している場合、包括的形態の巨視的記録ヘッドのコイル０２に十分な電流が印加され、磁気記録媒体層０６における垂直磁気転移が誘起される。包括的形態の巨視的記録ヘッド０４の磁極Ｐ１とＰ２の間にある間隙２８にデバイス０９を位置づけることは、デバイス０９上にある全ての層を介しての磁束の封じ込めにつながる。

図５（先行技術）では、説明を目的として、通常の垂直記録に使用される単極チップヘッドのコイルの動作を示す拡大図が示されている。ここでは、デバイス０９は、アルミニウム基板０８の両側にある軟下地層ＳＵＬ１２の上に被覆された磁気記録媒体層０６を有する。実際には、基板０８は、数オーダーにわたり、図５（先行技術）に示されたものより厚い。垂直記録法用に製造されたディスクにおいては、磁束線１６により示される磁場の効率的な帰還経路を提供するためにＳＵＬ１２が使用される。図５に示されるように、ＳＵＬ１２の使用は、磁気記録媒体層０６内の磁場を大幅に増加させることが知られている。磁束線１６はＳＵＬ１２の全般に亘り分布しており、結果として生じる弱い磁束帰還が書き込まれた垂直ビット１４に影響を与えることはない。この磁場増大効果は、高い保磁度を有する記録層を使用できることに寄与する因子の１つである。保磁度が高いほど、代償として、そのような材料を試験するために用いられる本発明のようなシステムが要求され、より高い磁場を発生できなくてはならない。

図５に示された単極チップ書き込みヘッド３０は、本発明にかかる巨視的なサイズに比べて、微視的な大きさであることに留意されたい。換言すれば、単極チップ書き込みヘッドの大きさは、通常マイクロメートル単位であるのに対し、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４はセンチメートル単位の大きさであり、線寸法において、１０，０００対１の違い、または、磁心の体積において、１０の１２乗対１の違いとなる。

図２において、より大きなスケールであるが、本実施形態における包括的形態の巨視的記録ヘッド０４は、図５（先行技術）に示された単極チップヘッド３０の鏡像とほとんど同じに作用することがわかる。図２において、基板０８のいずれかの側の表面にある磁気記録層０６と複数のＳＵＬを有するデバイス０９は、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４の磁極Ｐ１とＰ２の間にある間隙２８のいくらか内側に設置されている。ここに示されている実施形態においては、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４のヨーク００は、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ により製造されたものであり、ＨｉｐｅｒＣｏ^TM５０から作られている。ＨｉｐｅｒＣｏ^TM５０は鉄・コバルト・バナジウムの軟磁性合金であり、高い飽和磁化Ｍｓ（２４キロガウス）、高い直流最大透磁率、低い直流保磁度、低い交流磁心損失を示す。ヨーク００は、電気鉄、磁石鉄、ケイ素鋼、またはパーメンジュールなど、ＨｉｐｅｒＣｏ^TM５０と同等な特性を有する材料より構成可能である。本発明にかかるＨｉｐｅｒＣｏ^TM５０に関しては、渦電流を削減するために、積層されることが好ましい。かかる材料に関しては、焼結とアニールも可能である。

ここで示される実施態様に於いて、ヨーク００も、典型的な単極チップヘッドよりも、数オーダー大きく、上述されたように、少なくとも、互いに対向する２つの極、Ｐ１とＰ２を有し、間隙２８を形成している。

さらに図２において、説明を目的として、ただしこの態様に制約されることなく、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４のヨーク００は、２０×１２ミリメートルの磁心面積を有し、４０ミリメートル長のコイルと２ミリメートルの間隙２８を有し、２×６ミリメートルの寸法にまでテーパーが付けられた単極チップを備えるように構築されている。ここに示される実施形態においては、コイル０２は１００回巻で、コイル０２毎に１５０Ｖ／２０Ａでの駆動が可能である。これにより、間隙において、凡そ２０，０００Ｇｓの最大磁場が発生される。特定の間隙と書き込み幅へ対する磁場を最適化するために３次元的磁気シミュレーションが使用可能である。しかし、一般に、ヨーク００の磁心面積の増加は、磁場が電流に対して比例する領域である包括的形態の巨視的記録ヘッド０４の線形領域を増加させ、また、得られる最大磁場も増加させる。機能を維持するため、間隙２８の増加に際しては、ヘッド全般に亘る寸法も比例して増加されなくてはならない。ここに示される実施形態においては、磁心の寸法は、更に、必要とされる最大切り替え周波数により決定される（より大きなコアに巻かれているコイルはより大きなインダクタンスを有し、それ故、駆動に際してはより高い電圧が必要となる）。ここに示される実施形態においては、磁極チップＰＬＴの大きさは、読み出しヘッド幅よりも幾らか大きい領域に亘り均一な場の分布を有しなくてはならないという必要性により決定される。ここに示される実施形態においては、このことにより、２．５ｍｍの読み出し幅、６ｍｍの書き込み幅と設計される。本技術関連分野に精通した者には、本発明の趣旨を逸脱すること無く、包括的形態の巨視的記録ヘッドは異なる寸法、形状、そして特性のものを使用できることは明らかであろう。

さらに図２において、磁場を発生するために、包括的形態の巨視的記録ヘッドへ最大６０００ワットにわたる電力が短期間（１ｍｓ）に亘り、印加される。しかしながら、通常の動作においては、測定プロセスに適用される磁場シーケンスのパラメータを考慮すると、測定サイクルに亘るヘッドの平均電力損失は、３〜１５Ｗのオーダーと考えられる。一般に、測定学システムにおいて、記録媒体層を精密に測定するために、包括的形態の巨視的記録ヘッドは、垂直記録媒体を飽和させる磁場を発生できなくてはならない。実際には、このことにより、記録媒体層０６の保磁度よりも少なくとも２倍高い磁場を発生することが通常要求される。

さらに図２において、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４は、垂直記録媒体に使用される典型的な単極書き込みヘッドよりも数オーダー大きく、そして、極めて高い磁場を発生できるため、飛翔ヘッドとして構築する必要は無い。代わりに、アルミニウム基板を有する薄膜フィルムまたはガラス基板からなるディスクといった特定領域で試験される大多数の媒体の厚さに適合するように寸法を変えることが可能である。以下で説明されるように、本発明は磁気テープまたは磁気カードといった他の垂直媒体の試験にも適用可能である。

図６に示される典型的な適用例では、デバイス０９の両側（該当する場合）にＴ１、Ｔ２、Ｔ３のトラックに書き込むことで、記録媒体の磁気特性を試験するために、包括的形態の巨視的記録ヘッド０４が使用されている。ここで示されているように、この例においては、デバイス０９と包括的形態の巨視的記録ヘッド０４は、デバイス０９の上にある両方の磁気記録媒体層０６の上に外径（ＯＤ）、内径（ＩＤ）、中間径（ＭＤ）の３つのトラックが書き込まれるように、位置づけられている。ここに示される実施形態においては、トラックあたり３２のデータ点（これは通常セクタと呼ばれる）を有する３つのトラックがデバイス０９のそれぞれ両面上に書き込まれるので、総計は１９２のセクタとなり、これらセクタは磁気記録媒体層０６の磁気特性の解析に使用される。

図７において、デバイス０９のトラックＴ３内に書き込まれたセクタ４０が示されている。磁気層を切り替えるのに十分な磁場が加えられた場合、斜線部は磁化が上向きであることを示し、白い部分は磁化が下向きであることを示している。ここに示される実施形態においては、磁場の強さを変更可能である。ここに示される実施形態においては、例えば、包括的形態の書き込みヘッドの内側にあるディスクの領域を完全に磁気的に飽和させるのに十分に大きな交流書き込み電流が、全ての３２のセクタ４０への最初の書き込みに使用される。全ての３２のセクタ４０への次の書き込みは、試験される媒体を切り替えるには微弱すぎると考えられる、予め定められた最も弱い磁場が反対方向に、通常適用される。全てのセクタ４０の第３の書き込みでは、予め定められた増分のより強い磁場が使用される。ここに示される実施形態においては、最も強い磁場で書き込みがなされる３２回目の書き込みにより、３２のセクタ４０が書き込まれるまで、逐次的により高い磁場が、書き込み毎に使用される。最後に用いられる磁場の強さは、通常、最初の書き込みの磁場の強さと等しいが、波形の符号が逆となる。このことにより、それぞれの書き込みの後に、セクタ４０を読み戻す際に、媒体を切り替える上で、どれだけの磁場の強さが必要であるかを確実に知ることができる。

図６に戻ると、本技術関連分野に精通した者には、本発明の趣旨を逸脱すこと無く、記録パターンの様々な変形を使用できることは明らかであろう。例えば、片側あたりＴ１−Ｔ３の３つのトラックを使用する代わりに、より広いトラック幅を記録するように作られた包括的形態の書き込みヘッド０４を用いて、２つのトラックに書き込むことが可能である。あるいは、いくらか狭いトラック幅を記録するように成形された包括的形態の書き込みヘッド０４を用いて、より多くのトラックに書き込むことが可能である。同様に、デバイス０９の位置、及び／又は包括的形態の書き込みヘッド０４の位置を変更することによりトラックの位置を変えることが可能である。さらに、デバイス０９に固有の厚みに適応する間隙を有する包括的形態の書き込みヘッドが実装可能である。

同様に、図１８に示される如く、単一のヨーク内に複数の極Ｐ１とＰ２を有する包括的形態の書き込みヘッド０４を構築することが可能である。ここでは、包括的形態の書き込みヘッド０４は、包括的形態の書き込みヘッド０４のそれぞれのアーム０３の上にある３極チップＰＬＴを用いることにより作られる３組の磁極Ｐ１とＰ２の有する。本技術関連分野に精通した者には、本発明の趣旨を逸脱すること無く、アーム毎に、極チップＰＬＴが様々な数を有するように構築できることは明らかであろう。特定領域に磁場を集中させるため、そしてアルミニウム基板０８を有するディスクなどの導電材料より作られるディスク内の渦電流を減少させるために、極チップの数、そして寸法を変更できる。

図２に戻ると、本実施形態はスピンドル２４と連動して使用される包括的形態の書き込みヘッド０４を示している。この実施形態においては、チャックまたはスピンドル２４の上に、デバイス０９が装着され、包括的形態の書き込みヘッド０４の間隙２８内にあるデバイスが回転させられる。

図１０と図１１を参照すると、この実施形態においては、包括的形態の書き込みヘッド０４は可動ステージ０７の上に取り付けられおり、デバイス０９上の様々な位置において書き込みが出来るように包括的形態の書き込みヘッド０４の位置を変更可能である。この実施形態において、ステージ０７とスピンドル２４は、移送機構の１つを構成している。本技術関連分野に精通した者には、本発明の趣旨を逸脱すること無く、これらの実施形態においては、デバイス０９の上側に示されている可動ステージはデバイス０９の裏面側または側部側に取り付け可能であることは明らかであろう。同様に、この実施形態においては、平行ガイド機構（クロス・ローラー・ベアリング、ボール・ベアリング、スライド機構）に沿って、キャリッジが駆動機構（モーターならびに主ねじもしくはボールねじ、リニアモーター）により移動される平行移動機構が示されている。

図１９に示される実施形態においては、異なる移送機構を有する包括的形の書き込みヘッド０４が示されている。この実装態様において、可動ステージ０７ｂなどコンベア状機構の上にデバイス０９が置かれており、包括的形態の書き込みヘッド０４の内側でデバイス０９は平行に移動する。この例においては、デバイス０９は試験される磁気カード・デバイスなどである。本技術関連分野に精通した者には、本発明は、デバイス０９は包括的形態の書き込みヘッド０４を通過し、読み出しヘッド０５を通過するように、デバイス０９であるテープをリールに巻き取るかリールから送り出すことで、垂直記録用の磁気テープの試験と検査に適用可能であることは明らかであろう。

図８は本発明にかかる実施形態の平面図である。ここでは、包括的形態の書込みヘッドは定常状態にあり、デバイス０９は回転している。図８から明らかなように、読み出しヘッドもまた定常状態にある。図８では、デバイス０９の磁気記録層０６に幅広いトラックを書き込むことができるように、包括的形態の書き込みヘッド０４のヨーク００が成形されている。

しかしながら、図９においては、設定可能な移動ステージ０７の移送機構が示されている。この例では、包括的形態の書き込みヘッド０４は、スピンドル２４の上に装着されたデバイスの上を移動する。解析のために、固定された読み出しヘッドが使用され、記録された結果を読み戻す。この実装においては、記録ヘッド０４は、図８のものよりも狭い極チップの１組を有するように成形されたヨーク００を有するが、依然として、単一のトラックを一度に書き込むことができる。これにより、インダクタンスが減少し、それ故、動作速度を改善し、またアルミニウム基板０８を有するデバイス０９の渦電流も減少する。この実施形態においては、デバイスの回転中心から極チップＰＬＴまでの距離とデバイスの回転中心から１つの読み出しヘッド極チップ０５までの距離が等しくなる位置に、包括的形態の書き込みヘッド０４が移動しており、引き続き、記録と読み戻しシーケンスが実行される。包括的形態の書き込みヘッド０４は次の読み出しヘッドに対応した適切な位置に移動し、記録と読み戻しシーケンスが実行され、この手順は繰り返される。異なる読み出しヘッドに対応したシーケンスは必ずも同じものである必要はなく、全ての読み出しヘッドを使用しなくても差し支えない。

図９における実施形態においては、包括的形態の書き込みヘッド０４を制御するコンピュータ内にあるソフトウェア・プログラムがシーケンスの選択に使用される。それ故、設定可能な実装においては、ＭＲＴ（残留磁気と厚さの積）のみを決定するシーケンスは、磁気パラメータの全てを決定するシーケンスよりも迅速に実行される。説明を目的として、ただしこれに制約されることなく、包括的形態の書き込みヘッド０４を、内径ＩＤと外径ＯＤではＭＲＴのみを決定し、中間径ＭＤにおいてのみ全てのパラメータが決定されるように設定可能である。試験と測定のための数多くの異なるシーケンスが設定可能であり、コンピュータにより制御可能である。

図２に戻ると、包括的形態の書き込みヘッド０４の別の実装例が示されている。図２においては、中心部２９が間隙２８と同じ平面にあるように、中心部２９の周辺に上部アーム０３ａと下部アーム０３ｂを有する１つの部分品としてヨーク００が示されている。別の実施形態では、２つの部分品として上部アーム０３ａと下部アーム０３ｂを有するヨーク００を実装可能であり、この場合、間隙２８はヘッド全体に亘り存在し、デバイス０９は包括的形態の書き込みヘッド０４へ完全に挿入可能である。更に、中心部２９を間隙として、気体、液体、非磁性材料、さらには磁心材料とは異なる他の磁性材料で充填可能である。

ここで図４を参照すると、軟磁性下地層ＳＵＬ１２を有するデバイス０９に包括包括的形態の書き込みヘッド０４を使用した場合、汎用の読み出しヘッドにより読み戻すと、ＳＵＬ１２の配向が雑音の原因となる場合がある。このような雑音を減少するために、図４に示されるように、本発明においても、読み出しヘッドと連動した永久磁石または同等の静的磁石が使用される。静的磁場１０を追加することで、ＳＵＬ１２は、結果として配向し、雑音を減少させる。

更に図４において、今までに試験されたＳＵＬ１２の大多数においては、ＵＬ１２は極めて磁気的に柔らかいため、経時的な配向が安定でないように見受けられる。回転媒体の試験においては、ＳＵＬ１２のそれぞれの領域は包括的形態の書き込みヘッド０４へと入り、そして読み出しヘッド０５へと移行する。包括的形態の書き込みヘッド０４をオフにしても、残留磁場が存在する場合があり、ＳＵＬ１２が包括的形態の書き込みヘッド０４を通過する毎にＳＵＬ１２の磁気配向が撹乱される場合がありえる。典型的なＳＵＬ１２はディスクの平面内で好ましい配向を有しており、ＳＵＬ１２が包括的形態の書き込みヘッド０４を通過する毎に、ＳＵＬ１２内の磁区は短い期間垂直に配向される。そして、ディスクの該領域が取り除かれると、ＳＵＬ１２の磁区は、ランダム・パターン１３である、平面内の好ましい配向に戻る。このランダム・パターン１３は垂直に記録されたパターンの上にある読み取りヘッド０５への雑音となると考えられる。ＳＵＬ１２のランダム・パターン１３は雑音の原因となるように見受けられる。雑音問題の寄与する他の因子に拘らず、ＳＵＬ１２の磁区パターンの不規則性を最小限に抑えるように読み取り位置近傍で小さな磁場を加えることで、雑音は顕著に減少されるように見受けられる。

例えば、図４Ａは、読み取りヘッド０５の近傍で複数の静磁場をどのように使用するかを示しており、ここでは磁場は異なる方向に印加されているが、同様な結果をもたらしている。同様にして、直流電流場もしくは交電流場を読み取りヘッド０５に印加することも、ＳＵＬ１２、または、磁気記録媒体層である記録層以外の層からの信号を減少もしくは安定化させる傾向がある。同様にして、読み取りヘッド０５に作用する任意の波形形状の場を用いて、他の記録層からの信号を減少もしくは安定化させることが可能である。

図１３では、ヒステリシス曲線が示されており、縦軸には磁化Ｍが、横軸には磁場Ｈが示されている。上で上述の如く、本発明の目的はデバイス０９の記録媒体層０６の磁気特性を測定することである。垂直材料の磁気ヒステリシス・ループに関しては、磁化は、垂直磁場の存在下で測定される。ただし、ここで示される本実施形態においては、書き込み中に垂直磁場は存在するが、読み取り中には存在しない。このような測定は残留磁気ループと呼ばれる。ここで、トラックＴにおけるセクタ４０は様々な磁場強度で書き込まれ、図１４に示されるように測定がおこなわれる。

図１４においては、印加磁場の経緯（ＦＥ：field excursion)が左側にステップで示され、派生する残留曲線ＲＣが右側に示されている。ステップＳ１では、最大の大きさを有する磁場経緯が印加されている。これは負の飽和ステップと呼ばれる。ステップＳ２において反転位相の小さな磁場による経緯が印加されている。これは正の書き込みステップと呼ばれる。ここに示される実施形態においては、少なくとも１つの、一般には２つの転移が、個々のセクタ４０において記録される。Ｓ６のような正の磁場が引き続き段階的に加えられる。最後のセクタでは、最大の大きさを有する転移であるステップＳＬが印加されている。これは正の飽和ステップと呼ばれる。最初のステップＳ１の位相は、それ以降の全てのステップと位相が逆であるか、あるいは１８０度位相がずれている。

ここで図１６においては、書き込みＷがディスク位置ＤＬで起こる場合に、セクタあたり２つの転移（１つが上向き、１つが下向き）を用い、解析ソフトウェア５４により水平記録媒体になされる測定の例が示されている。図１６においては、書き込み電流Ｉは転移を引き起こすのに用いられる。包括的形態の書き込みヘッド０４は極めて強力な磁場を発生し、これらの転移は往々にしてサイン波であり、図１６に示された矩形波とは異なる。包括的形態の書き込みヘッド０４は水平媒体に書き込むことはできないが、包括的形態の書き込みヘッド０４は図１６に示されたものと比較的類似した結果をもたらす。より高い電圧をコイル０２に印加することで、立ち上がり時間を減少することが可能であり、図１６に示された矩形波に類似した台形形状の波を発生できる。

図１７においては、セクター毎の２つの転移が示されており、１つが上向き、１つが下向きである。本技術関連分野に精通した者には、所望に応じ、僅か１つの転移、または２つ以上の転移をセクタ毎に使用可能であることは明らかであろう。

図１５に示される実施形態では、残留曲線におけるデータ点が示されていが、本発明にかかるシステムを制御するソフトウェアにより磁場の間隔を設定できる。

図１Ａと関連付けて既述されたように、試験と測定に使用される異なる種のパターンの設定にコントロール・ソフトウェア５６を使用できる。例えば、記録パターンは上で既述されたように変更可能であり、またかかるパターンの頻度も変更可能である。またコントロール・ソフトウェア５６は、読み取り前の書き込み経路の数のみならず、包括的形態の書き込みヘッド０４に送られる波形形状を特定することにも使用できる。同様に、コントロール・ソフトウェア５６は読み取り経路の数を指定可能であり、これにより、熱安定性の評価が可能となる。更に、コントロール・ソフトウェア５６は読み取り、及び／又は書き込みに際し、様々な媒体速度を指定可能である。また、データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール５０に関しては、コントロール・ソフトウェア５６は、様々な媒体試験で用いられる様々な移送機構へ位置決めの指令を送ることができる。

図２０においては、包括的形態の書き込みヘッド０４にかかる、さらに追加的な実施形態が幾つか示されている。これらの実施形態においては、アーム０３ａと０３ｂの間に間隙Ｇ１またはシムＳを有するようにヨーク００は成形されている。シムＳが用いられた場合には、気体、液体、非磁性材、磁心材料とは異なる他の磁性材料などで間隙を充填することが可能である。図２０においては、間隙２８（書き込み向け）と間隙Ｇ１の２つの間隙を有する包括的形態の書き込みヘッド０４が示されている。本技術関連分野に精通した者には、本発明の趣旨を逸脱すること無く、これらの実施形態においては、書き込み間隙２８以外に複数の間隙Ｇ１を有するようにヨーク００を成形できることは明らかであろう。同様に、本発明の趣旨を逸脱すること無く、間隙２８のみを残すように包括的形態の書き込みヘッド０４のほぼ全ての点を閉鎖した形状にすることも可能である。

さらに図２０においては、磁場をより集中させることを目的として、ヨーク００の極チップＰＬＴの片側もしくは両側をテーパー形状とすることが可能である。

図２１から明らかなように、包括的形態の書き込みヘッド０４にかかる１つまたは複数の極チップＰＬＴにセンサ７０を取付可能である。センサは熱センサとして熱特性の測定に使用可能であり、また近接センサとして磁気記録媒体層０６の上部にあるＰＳＴへの距離の測定に使用可能であり、また磁場センサとして磁場の測定に使用可能であり、更には上述の組み合わせを用いることができる。

本技術関連分野に精通した者には、上の既述と関連図により提示された教示の恩恵を有する本発明において、数多くの変更と他の実施形態が可能であることは明らかであろう。それ故、本発明は、開示された特定の実施形態に制約されるものではなく、変更と他の実施形態は、添付される請求項の範囲内に含まれることを意図している。ここで使用された用語は一般的かつ記述的な意味合いで使用されたものであり、制約を目的としたものではない。

本発明にかかる巨視的磁気ヘッドの側面概略図である。 本発明にかかる垂直記録計測システムをオペレーションするコンピュータ・システムの概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの断面概略図である。 先行技術にかかる水平記録法の概略図である。 本発明にかかる読み出しヘッドの概略図である。 本発明にかかる読み出しヘッドの別の実施形態の概略図である。 先行技術にかかる単極チップ書き込みヘッドの概略図である。 本発明により試験されるディスク状円盤の上面概略図である。 本発明により試験されるディスク状円盤の上面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の上面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の上面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の上面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の上面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の断面側面概略図である。 ヒステリシス曲線のグラフである。 本発明による試験手順の概略表示である。 本発明を用いた試験結果のグラフである。 試験測定のグラフの一例である。 試験測定のグラフの一例である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の断面側面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの一実施形態の上面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの二つの実施形態の側面概略図である。 本発明にかかる巨視的記録ヘッドの単極チップの側面概略図である。

符号の説明

００ ヨーク
０２ コイル
０３ａ 上部アーム
０３ｂ 下部アーム
０４ 包括的形態の書き込みヘッド
０４ａ
０５読み出しヘッド
０５ａ
０６磁気記録媒体
０７ ステージ
０７ｂ
０８ 基板
０９ デバイス
１０ 静的磁場
１１ スピンドル・モータ
１２ 軟磁性下地層（ＳＵＬ）
１３ ランダム・パターン
１４ 垂直ビット
１６磁束線
１８
２２ 電気的結線
２４ スピンドル
２８ 書き込み間隙
２９ 中心部
３０ 微視的単極チップ（ＳＰＴ）記録ヘッド
４０ セクタ
５０ データ取得およびアナログ・インターフェイス・モジュール
５２ コンピュータ・システム
５４ 解析ソフトウェア
５６ コントロール・ソフトウェア
５８ 入出力バス
７０ センサ
Ｇ１ 間隙
ＩＤ 外径（ＯＤ）、内径（ＩＤ）、中間径
ＭＤ 中間径
ＯＤ 外径
Ｐ１ 磁極
Ｐ２ 磁極
ＰＬＴ 磁極チップ
Ｓ シム
Ｔ１ トラック
Ｔ２ トラック
Ｔ３ トラック

Claims (10)

1. 磁気記録媒体層を有する第一の側を有し、垂直記録に使用されるデバイスの磁気特性の測定用の計測システムであって、
   該システムは、コンピュータと交信する巨視的記録ヘッドを有し、該記録ヘッドはヨークと磁場を発生するための少なくとも１つの磁場発生因子を有し、該ヨークは磁気記録媒体層を有するデバイスの第一の側の上に位置決めされることが可能である第一磁極と、第一磁極と反対側にあり、かつデバイスの第二の側の下に位置決めされることが可能である第二磁極とを有し、デバイスを通過する磁束の封じ込めを提供する第一ならびに第二の磁極の位置決めを行うものであり、
   さらに該システムは、デバイスおよび巨視的記録ヘッドと交信可能な移送機構を有し、該移送機構はデバイスとヨークの相対的な位置決めと移動を実行可能であり、
   さらに該システムは、巨視的記録ヘッドの磁場発生因子に加えられる電流を含み、該電流はヨークの第一磁極と第二磁極の間にデバイスが位置決めされ、さらに移送機構が該デバイスと該ヨークの相対的な動きに影響を与えている場合に、磁気記録媒体層内で垂直磁化転移を引き起こすのに十分な大きさであり、
   さらに該システムは、かかる磁気記録媒体層を有するデバイスの１つの側の上に少なくとも１つの読み出し素子を有し、該読み出し素子は移送機構と交信し、さらに巨視的記録ヘッドにより記録された転移を、デバイスの磁気特性のプロセスと解析用の信号に変換することを特徴とする、計測システム。
2. ２つのアームが間隙を有するように配置され、デバイスが完全に挿入され得る単一の間隙が構成されたヨークであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 書き込み間隙を形成する２つのアームを有し、該書き込み間隙がシムにより接続されたヨークであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 移送機構がデバイスに対し巨視的記録ヘッドを相対的に移動させるための可動ステージを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 読み出し素子がデバイスの片側の上に位置決めされた複数の第一読み出しヘッドと該デバイスの逆側の下に位置決めされた複数の第二読み出しヘッドを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 巨視的記録ヘッドが装着された熱センサを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 巨視的記録ヘッドが装着された近接センサを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 巨視的記録ヘッドが取り付けられた磁場センサを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. デバイスが両側に磁気記録媒体層を有するハード・ドライブ・ディスクであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 移送機構が、定常状態にあるデバイスに対し、巨視的記録ヘッドと読み出し素子を相対的に動かすための移送機構を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。

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