JP2010040065A - 電磁変換特性評価回路、磁気記憶装置、評価装置および電磁変換特性評価方法 - Google Patents

電磁変換特性評価回路、磁気記憶装置、評価装置および電磁変換特性評価方法 Download PDF

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Abstract

【課題】垂直記憶媒体の微小欠陥を高精度で検出し、特性を評価すること。
【解決手段】媒体評価部30内部の評価パターン保持部31は、低周波パターンを含む評価パターンを保持する。評価パターン書き込み部32は、評価パターンを読み出して磁気ディスク16に書き込ませる。また、評価パターンを書き込む際には、書き込み電流制御部33が書き込み電流を過大電流や過小電流にする。評価処理部34は過大電流や過小電流で書き込まれた評価パターンの読み出し結果から、磁気ディスク16の欠陥や特性を評価する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、垂直磁気記録方式によって磁気情報の読み書きを行なう垂直磁気記憶媒体の電磁変換特性評価技術に関する。
従来、情報を磁化反転方向として保持する磁気記憶媒体が用いられてきた。かねてより一般的であった面内記録方式の磁気記憶媒体では、磁気記憶媒体の記録層の磁化容易軸が媒体表面に対して水平方向に設けられる。そのため、各磁化反転領域には、磁気情報を読み書きする磁気ヘッドの移動方向に対して正負のいずれかの磁化方向が記録される。
磁気ディスク装置では、前記磁化方向の最小記憶単位を1ビットとし、このビットを512バイト、もしくは1024バイトで1セクタとして磁気記憶媒体へのデータ記憶をセクタ単位で管理している。このセクタの電磁変換特性評価方法として、各セクタの書き込み電流飽和特性の測定や、欠陥セクタの検知技術が知られている。書き込み電流飽和特性の評価では、セクタ毎に書き込み電流を可変設定して読み出し電圧を測定する技術(例えば特許文献1参照。)が知られている。また、欠陥セクタの評価では、過飽和電流を磁気ヘッドに流して書込んだデータの読み取り電圧の振幅から、磁気特性異常部を検出する技術が知られている(例えば特許文献2参照。)。
一方で、近年、磁気ディスク装置の記録方式は従来の面内記録方式から垂直記録方式へ移行した。垂直記録方式は、磁気記憶媒体の記録層の磁化容易軸を媒体表面に対して垂直方向に設ける方式である。また、垂直磁気記録方式の場合、記録層の下層側に、裏打ち層と称される軟磁性層を形成することで、磁気ヘッドから発生される記録磁界を急峻に記録再生媒体側に引き込むことが可能となり、面内磁気記録方式用の磁気ヘッドと比較して、実効的な記録磁界強度を約1.5〜2倍程度まで増幅させることが出来る。この為、記録再生媒体の記録層に、高い保磁力を付与させることが可能となり、記録層の低ノイズ性と熱揺らぎ耐性を確保させることが可能となる。この為、面内記録と比較して、電磁変換特性及び熱緩和耐久性に優れ、高密度記録の実現に有利である。
特開平02−073179号公報 特開平01−100483号公報
しかしながら、垂直記憶媒体の製造プロセスは、上述の裏打ち層の形成等、面内記憶媒体と比較して複雑であり、微小な媒体欠陥が発生しやすい傾向にある。この欠陥位置では、ナノオーダーレベルの局所的な記録層の剥離、いわゆる磁性膜抜けによる振幅消失や、記録層の残留磁化の低下による振幅低下、局所的な保磁力低下による過飽和状態での振幅低下が発生していると考えられる。
さらに、垂直記憶媒体では、面内記憶媒体とは磁化方向が異なり、DC部では同極性が連続して磁化状態が不安定になる。このため、DC部が発生する低周波パターンの方が、高周波パターンよりも磁化状態が不安定になる。また、読み取り波形も、面内記録とは異なり、DC領域で最大電圧となるため、DC領域では欠陥による影響が顕著に現れる。
一方、面内磁気記録方式では、磁化方向の変化点で読取り電圧の振幅が得られるため、記憶媒体の各ビットの検査のためにはビットごとに磁化方向を変化させたパターン、すなわち評価用の最高周波数のパターンを用いて検査を行なっていた。
従来の技術では、このような垂直磁気記憶媒体と面内磁気記憶倍体との特性の差が十分に考慮されておらず、垂直磁気記憶媒体の欠陥検査を行なうことが困難であった。
そのため、垂直磁気記憶媒体の微小欠陥部を高精度で検出し、微小欠陥部の特性変化を把握することのできる技術の実現が重要な課題となっていた。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、垂直記憶媒体の微小欠陥を高精度で検出し、特性を評価する電磁変換特性評価回路、磁気記憶装置、評価装置および電磁変換特性評価方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、開示の回路、装置および方法は、垂直磁気記憶媒体に評価パターンの書き込み・読み出しを行なって垂直磁気記憶媒体の電磁変換特性評価を行なう際に、低周波パターンを含む評価パターンを用い、また、評価パターンの書き込み時に、過大電流や過小電流を用いる。
開示の回路、装置、方法によれば、垂直記憶媒体の微小欠陥を高精度で検出し、特性を評価する電磁変換特性評価回路、磁気記憶装置、評価装置および電磁変換特性評価方法を得ることができるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかる電磁変換特性評価回路、磁気記憶装置、評価装置および電磁変換特性評価方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本実施例に係る磁気ディスク装置の概要構成を示す概要構成図である。図1に示した磁気ディスク装置10は、磁気ディスク16、磁気ヘッド15、ボイスコイルモータ(VCM)14、VCM制御部13、プリアンプ12、リードチャネル11および主制御部20を有する。
磁気ディスク16は、記録層の磁化容易軸方向が垂直な垂直磁気記憶媒体である。磁気ディスク16の媒体表面には同心円状のトラックが存在し、各トラックは放射線状に区切られてセクタを形成する。
磁気ヘッド15は、VCM14によって磁気ディスク16に対する位置制御を受け、磁気ディスク16に対する磁気情報の書き込みと、磁気ディスク16からの磁気情報の読み出しを行なう。VCM制御部13は、主制御部20からの制御信号を受けてVCM14の動作制御を行なうことで、磁気ヘッド15の位置制御を行なう。
プリアンプ12は、磁気ヘッド15が磁気ディスク16から読み出した再生信号を増幅してリードチャネル11へ出力する。また、プリアンプ12は、磁気ヘッド15が磁気ディスク16に磁気情報を書き込む際の書き込み電流を増幅する。
リードチャンネル11は、プリアンプ12から入力された再生信号を増幅して、再生信号の振幅を一定に維持する処理、再生信号のAD変換処理、再生信号の復調処理などを行なって主制御部20に出力する。また、リードチャネル11は、主制御部20から書き込み情報の入力を受け付けた場合に、書き込む磁気情報のコード変調を行い、プリアンプ12へ出力する。
主制御部20は、磁気ディスク装置10全体を統合制御する制御部であり、その内部にインターフェース21、読み書き制御部22および媒体評価部30を有する。
インターフェース21は、磁気ディスク装置10の外部装置、例えば図示しないホストコンピュータなどとの通信を担う処理部であり、外部装置からのデータ書き込み要求やデータ読み出し要求を読み書き制御部22に渡し、データの書き込み結果や読み出し結果を外部装置に報告する処理を行なう。
読み書き制御部22は、磁気ディスク16に対する読み書きの制御を行なう制御部である。具体的には、読み書き制御部22は、VCM制御部13に制御信号を送出することで磁気ヘッド15の位置を制御し、トラックを選択する。そして、リードチャンネル11およびプリアンプ12を介して磁気ディスク16から位置決め用の情報を読み出してトラックから目的のセクタに位置決めを行い、磁気情報の読み出しや書き込みを行なう。
媒体評価部30は、磁気ディスク16の評価を行なう処理部である。この媒体評価部30は、主制御部20の他の構成と同一の基板上やLSI内部に組み込んだ機能処理部として実施してもよいし、主制御部20の他の構成に対して独立した基板上で媒体評価回路として実施することもできる。
媒体評価部30による評価は、評価用のパターンを磁気ディスク16に書込んで読み出し、読み出し結果を評価することで行なう。そして、媒体評価部30の主たる特徴として、評価用のパターンとして低周波パターンを用い、かつ書き込み時の電流値を通常時に比して大きく増幅する。ここで、低周波パターンとは、隣接する磁化反転領域による読み取り電圧への影響を受けず、読取り電圧の振幅が最大となる周期のパターンである。具体例としては、8ビット周期や16ビット周期のパターンが好適である。また、通常時の書き込み電流は、具体的には20〜30mAが用いられることが多い。これは、記録ヘッドが55〜60mA程度で書き込んだ際に磁化が飽和する傾向にあるので、温度変化による媒体の保磁力変化に対応させる為、通常の書き込み電流は20〜30mAに設定されるのである。これに対し、媒体評価部30は後述するように評価用のパターンを50〜60mAで書き込む。
媒体評価部30は、その内部に評価パターン保持部31、評価パターン書き込み部32、書き込み電流制御部33および評価処理部34を有する。
評価パターン保持部31は、評価用のパターンを保持する保持部である。評価パターン書き込み部32は、評価パターン保持部31から評価パターンを読み出して読み書き制御部22に送り、磁気ディスク16に書き込ませる処理を行なう。書き込み電流制御部33は、評価パターン書き込み部32が評価パターンの書き込みを読み書き制御部22に行なわせる際に、プリアンプ12による書き込み電流の増幅率を制御する。
評価処理部34は、書き込み電流の制御を受けつつ書き込まれた評価パターンを読み書き制御部22に読み出させ、読み取り結果を用いて磁気ディスク16の特性を評価する。評価処理部34による特性評価には、読み取り電圧の振幅による欠陥検出と読み取りのエラーレートによる欠陥検出がある。
読み取り電圧の振幅による欠陥検出では、読み出し電圧の振幅を評価する。図2は、垂直磁気記憶方式と面内磁気記憶方式における読み出し電圧について説明する説明図である。垂直磁気記録方式では、同極性が連続すると読み出し電圧に直流成分(DC部)が表れる。読取り電圧の振幅の大きさは、同極性が連続するにつれて大きくなり、磁化方向が反対のビットからの影響、すなわち干渉が無くなった場合に最大となる。さらに、同極性が連続したDC部では磁化状態が不安定になる。
このため、垂直磁気記憶方式では、連続する同極性のビットのなかにエラービットが存在する場合、エラービットの位置で読み出し電圧の振幅が落ちる。従って、垂直磁気記憶媒体に対して低周波パターンを書き込んで読み出し電圧を取得することで、微小媒体欠陥を検知することができる。なお、高周波パターンでは、微小媒体欠陥の読み出し電圧が0となっても、読み出し電圧の振幅が小さくなるだけであり、検知が困難である。
これに対し、面内磁気記録方式では、磁化方向の変化点で読み出し電圧の振幅が得られるが、同極性が連続する領域では読み出し電圧に振幅は発生しない。連続する同極性のビットのなかにエラービットが存在する場合であっても、エラービットの位置で読み出し電圧の振幅は得られない。従って、面内磁気記憶方式では、低周波パターンでは検査では微細欠陥を検知することができず、高周波パターンで振幅が出ない領域を発生することとなる。
なお、面内磁気記憶媒体に比して製造プロセスが複雑な垂直記憶媒体では、このような微小媒体欠陥、たとえば磁性膜抜けの発生したビットを検知することが特に重要となる。
そこで、読み取り電圧の振幅による欠陥検出では、読み取り電圧の振幅が最大となるような低周波の評価パターンを書き込み、振幅が低下した位置のセクタを欠陥セクタとして検出する。この読み取り電圧の振幅による欠陥検出を、以降、振幅評価という。
振幅評価用のパターンとしては、低周波の単一周期パターンを用いることが好適であるが、その一方で、垂直磁気記憶媒体では評価パターンの周波数が低すぎるとハイパスフィルタの影響により波形歪みが生じる。そこで、振幅評価用の評価パターンとしては、8〜16ビット分に相当する波長の単一パターンを用いることが好適である。
また、媒体欠陥部の媒体欠陥部の電磁変換特性は、書き込み電流依存性が大きい。例えば、垂直記憶媒体に微小媒体欠陥が発生した場合に、微小媒体欠陥で局所的な保磁力低下が生じ、通常の書き込み電流では正常な振幅が得られても、過飽和状態では振幅低下が発生することが考えられる。
そのため、媒体欠陥部において過大電流で書き込みを行なうと、極端な振幅低下及びエラーレート劣化が起こる。よって、書き込み電流条件によって、媒体欠陥部の特性劣化を強調し、検出精度を上げることができる。
ここで過大電流とは、振幅やエラーレートなどの電磁変換特性の、書き込み電流依存性を測定した場合に、その特性値が飽和する電流値または最良特性が得られる電流値よりも十分大きな電流値と定義する。通常のデータの書き込みでは、特性飽和もしくは最良特性が得られる電流値(例えば20〜30mA)を用いて書き込みを行なう。従って、振幅評価では、通常データの書き込み時に比して大きい書き込み電流(例えば50〜60mA)で評価パターンを書き込むこととなる。
図3は、振幅評価の処理動作を説明するフローチャートである。振幅評価では、まず評価パターン書き込み部32が低周波の単一周期パターンを選択する(S101)。そして、書き込み電流制御部33が書き込み電流を過大増幅し(S102)、評価パターン書き込み部32が読み書き制御部22に磁気ディスク16に対する評価パターンの書き込みを実行させる(S103)。
その後、評価処理部34は、読み書き制御部22に評価パターンを読み出させ(S104)、読み出したパターンの振幅を評価して(S105)、処理を終了する。
図4は、振幅評価の評価結果の具体例を説明する説明図である。図4に示した各グラフの縦軸は読み取り電圧であり、横軸は時間である。横軸の時間は、磁気ディスクの回転に伴う読み取りセクタの移動に対応しており、図5に示すように欠陥部を通過した時間で振幅の低下が発生する。
図4に示した例では、書き込み電流Iwが30mAでは読み取り電圧の振幅低下は見られない。しかし、書き込み電流Iwが40mA,50mAと増加するにつれ、26マイクロ秒近傍での振幅低下が現れ、書き込み電流Iwが60mAとなった場合に顕著な振幅低下が観察できる。
このように、過大増幅して書き込んだパターンの読み取り電圧の振幅を評価することによって、欠陥セクタを検出することができる。なお、欠陥が微小である場合、最大振幅状態のDC領域が広い低周波パターンを用いることにより、局所的な振幅低下をさらに検出しやすくすることができる。図5に示したグラフは、最大振幅状態のDC領域が広い低周波パターンを用いた場合の振幅低下例であり、微小欠陥によって振幅が低下した位置が顕著に現れている。
次に、エラーレートによる欠陥検出について説明する。エラーレートによる欠陥検出では、セクタごとのエラーレートを評価して欠陥を検出する。このエラーレートによる欠陥検出を、以降、エラーレート評価という。
振幅低下と同様に、媒体欠陥部のエラーレートも書き込み電流依存性を有する。したがって、過大電流で書き込むことで、エラーレート劣化を強調することができる。
図7は、欠陥部のエラーレートにおける書き込み電流依存性を説明する説明図である。図7に示したように、欠陥があるセクタでは、書き込み電流を大きくすると極端にエラーレートが劣化する。一方、正常なセクタでは、書き込み電流によらず、エラーレートはほぼ一定である。
なお、エラーレート評価に用いる評価パターンとしては、低記録密度でエラーレートが良好な条件、例えばバイトエラーレート(ByER)が−6乗程度で、かつ低周波パターンを多く含むパターンがよい。エラーレートが良好な条件であれば、正常セクタと欠陥セクタとのエラーレート差が大きく、検出しやすいためである。
エラーレート評価は、電磁変換特性の評価結果がデジタル値で得られ、従来から磁気ディスクの性能の評価によく用いられている。上述したように低周波パターンを多く含んだランダムパターンが好適であるが、基本的には任意のパターンで評価することができ、出荷前、出荷後にかかわらず、任意のタイミングで実行できる。また、データを正常に読み取れたか否かを評価するため、実用時と近い状態での評価を行なうことができる。エラーレート評価の結果、欠陥セクタとして検出されたセクタ、すなわちエラーを発生したセクタは、不使用化を行なうことで、磁気ディスクの実用時にデータの読み書きが欠陥セクタに対して行なわれることを回避し、動作の安定性を向上することができる。
図8は、エラーレート評価の処理動作を説明するフローチャートである。エラーレート評価では、まず評価パターン書き込み部32が低周波のランダムパターンを選択する(S201)。そして、書き込み電流制御部33が書き込み電流を過大増幅した(S202)うえで、評価パターン書き込み部32が読み書き制御部22に磁気ディスク16に対する評価パターンの書き込みを実行させる(S203)。
その後、評価処理部34は、読み書き制御部22に評価パターンを読み出させ(S204)、読み出し時におけるエラーレートを評価して(S205)、処理を終了する。
以上説明してきたように、本実施例では、垂直磁気記憶媒体である磁気ディスク16を有する磁気記憶装置である磁気ディスク装置10に、垂直磁気記憶媒体評価装置もしくは垂直磁気記憶媒体評価基板として動作する媒体評価部30を搭載している。そして、媒体評価部30は、低周波パターンを含む評価パターンを過大電流や過小電流磁気ディスク16に書き込み、評価パターンの読み取り電圧の振幅、振幅のばらつき、エラーレートに基づいて磁気ディスク15の欠陥や特性ばらつきを評価する。
このように、読み取り電圧の振幅変化やエラーレートの変化を観察しやすい低周波パターンを評価パターンとして用いるとともに、過大電流や過小電流によって特性劣化を加速・強調することで、垂直磁気記憶媒体の微小欠陥部を高精度で検出し、特性を評価することができる。
なお、以上の実施例はあくまで一例であり、本発明を限定するものではない。本発明は、その構成及び動作を変更して実施することができる。たとえば、本実施例では、プリアンプ12が書き込み電流値の制御を実行するようにしているが、読み出し電流を増幅するプリアンプ12と、書き込み電流を行なう増幅器とを別けた構成としてもよい。
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)垂直磁気記憶媒体の電磁変換特性評価回路であって、
低周波パターンを含む評価パターンを保持する評価パターン保持部と、
前記評価パターンを前記垂直磁気記憶媒体に書き込む評価パターン書き込み部と、
前記評価パターンの書き込み時に、通常データの書き込み時に比して書き込み電流を大きくする書き込み電流制御部と、
前記垂直磁気記憶媒体からの前記評価パターンの読み出し結果を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする電磁変換特性評価回路。
(付記2)前記判定部は、前記評価パターンの読み出し電圧の振幅を判定することを特徴とする付記1に記載の電磁変換特性評価回路。
(付記3)前記評価パターンは、前記低周波パターンの単一周波数パターンであり、前記判定部は、前記読み出し電圧の振幅が周辺の磁化反転領域に比して小さくなった磁化反転領域に欠陥が存在すると判定することを特徴とする付記2に記載の電磁変換特性評価回路。
(付記4)前記判定部は、前記評価パターンの読み出し結果のエラーレートを用いて判定を行なうことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の電磁変換特性評価回路。
(付記5)前記評価パターンは、前記低周波パターンを含むランダムパターンであることを特徴とする付記4に記載の電磁変換特性評価回路。
(付記6)前記低周波パターンは、隣接する磁化反転領域による読み取り電圧への影響を排して読取り電圧の振幅が最大となる周期のパターンであることを特徴とする付記1〜5のいずれか一つに記載の電磁変換特性評価回路。
(付記7)前記低周波パターンは、前記垂直磁気記憶媒体の最小記憶単位の8倍の周期のパターンであることを特徴とする付記1〜6のいずれか一つに記載の電磁変換特性評価回路。
(付記8)付記1〜7に記載の電磁変換特性評価回路を搭載した磁気記憶装置。
(付記9)付記1〜7に記載の電磁変換特性評価回路を搭載した評価装置。
(付記10)垂直磁気記憶媒体の電磁変換特性評価方法であって、
低周波パターンを含む評価パターンを前記垂直磁気記憶媒体に書き込む評価パターン書き込みステップと、
前記評価パターンの書き込み時に、通常データの書き込み時に比して書き込み電流を大きくする書き込み電流制ステップと、
前記垂直磁気記憶媒体からの前記評価パターンの読み出し結果を判定する判定ステップと、
を含んだことを特徴とする電磁変換特性評価方法。
図1は、本実施例に係る磁気ディスク装置の概要構成を示す概要構成図である。 図2は、垂直磁気記憶方式と面内磁気記憶方式における読み出し電圧について説明する説明図である。 図3は、振幅評価の処理動作を説明するフローチャートである。 図4は、振幅評価の評価結果の具体例を説明する説明図である。 図5は、欠陥部の位置と振幅低下について説明する説明図である。 図6は、最大振幅状態のDC領域が広い低周波パターンを用いた場合の振幅低下例を説明する説明図である。 図7は、欠陥部のエラーレートにおける書き込み電流依存性を説明する説明図である。 図8は、エラーレート評価の処理動作を説明するフローチャートである。
符号の説明
10 磁気ディスク装置
11 リードチャネル
12 プリアンプ
13 VCM制御部
14 ボイスコイルモータ
15 磁気ヘッド
16 磁気ディスク
20 主制御部
21 インターフェース
22 読み書き制御部
30 媒体評価部
31 評価パターン保持部
32 評価パターン書き込み部
33 書き込み電流制御部
34 評価処理部
D1〜D3 媒体特性
IS 過小電流
IL 過大電流

Claims (10)

  1. 垂直磁気記憶媒体の電磁変換特性評価回路であって、
    低周波パターンを含む評価パターンを保持する評価パターン保持部と、
    前記評価パターンを前記垂直磁気記憶媒体に書き込む評価パターン書き込み部と、
    前記評価パターンの書き込み時に、通常データの書き込み時に比して書き込み電流を大きくする書き込み電流制御部と、
    前記垂直磁気記憶媒体からの前記評価パターンの読み出し結果を判定する判定部と、
    を備えたことを特徴とする電磁変換特性評価回路。
  2. 前記判定部は、前記評価パターンの読み出し電圧の振幅を判定することを特徴とする請求項1に記載の電磁変換特性評価回路。
  3. 前記評価パターンは、前記低周波パターンの単一周波数パターンであり、前記判定部は、前記読み出し電圧の振幅が周辺の磁化反転領域に比して小さくなった磁化反転領域に欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項2に記載の電磁変換特性評価回路。
  4. 前記判定部は、前記評価パターンの読み出し結果のエラーレートを用いて判定を行なうことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の電磁変換特性評価回路。
  5. 前記評価パターンは、前記低周波パターンを含むランダムパターンであることを特徴とする請求項4に記載の電磁変換特性評価回路。
  6. 前記低周波パターンは、隣接する磁化反転領域による読み取り電圧への影響を排して読取り電圧の振幅が最大となる周期のパターンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の電磁変換特性評価回路。
  7. 前記低周波パターンは、前記垂直磁気記憶媒体の最小記憶単位の8倍の周期のパターンであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の電磁変換特性評価回路。
  8. 請求項1〜7に記載の電磁変換特性評価回路を搭載した磁気記憶装置。
  9. 請求項1〜7に記載の電磁変換特性評価回路を搭載した評価装置。
  10. 垂直磁気記憶媒体の電磁変換特性評価方法であって、
    低周波パターンを含む評価パターンを前記垂直磁気記憶媒体に書き込む評価パターン書き込みステップと、
    前記評価パターンの書き込み時に、通常データの書き込み時に比して書き込み電流を大きくする書き込み電流制ステップと、
    前記垂直磁気記憶媒体からの前記評価パターンの読み出し結果を判定する判定ステップと、
    を含んだことを特徴とする電磁変換特性評価方法。
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