JP2014107008A - 集積化伝送線路補正用の双対並列コンデンサを有する磁気書き込みヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】集積化伝送線路の補正用として双対コンデンサ構成を利用する磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】一実施形態において、磁気ヘッドは、書き込み極と、書き込みコイルであってその書き込みコイルの励磁と同時に書き込み極に磁界を射出させるように調整された書き込みコイルと、書き込みコイルに並列に電気接続される第1コンデンサおよび第2コンデンサとを含み、ここで、各コンデンサは、平面状の底部プレートと、底部プレートに平行に配置される頂部プレートと、頂部プレートおよび底部プレートの間に配置される少なくとも1つの誘電体層とを含み、各コンデンサの底部プレートと、底部プレートの下部に配置される基板との間の寄生キャパシタンスが磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、それらのコンデンサの寄生キャパシタンスはほぼ均衡している。
【選択図】図7
【解決手段】一実施形態において、磁気ヘッドは、書き込み極と、書き込みコイルであってその書き込みコイルの励磁と同時に書き込み極に磁界を射出させるように調整された書き込みコイルと、書き込みコイルに並列に電気接続される第1コンデンサおよび第2コンデンサとを含み、ここで、各コンデンサは、平面状の底部プレートと、底部プレートに平行に配置される頂部プレートと、頂部プレートおよび底部プレートの間に配置される少なくとも1つの誘電体層とを含み、各コンデンサの底部プレートと、底部プレートの下部に配置される基板との間の寄生キャパシタンスが磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、それらのコンデンサの寄生キャパシタンスはほぼ均衡している。
【選択図】図7
Description
本発明はデータ記憶装置に関する。さらに具体的には、本発明は、集積化伝送線路の補正用として双対コンデンサの構成を利用する書き込みヘッドに関する。
コンピュータの心臓部は磁気ハードディスクドライブ(hard disk drive:HDD)である。HDDは、通常、回転磁気ディスクと、読み取りおよび書き込みヘッドを有するスライダと、回転ディスク上部のサスペンションアームと、読み取りおよび/または書き込みヘッドを回転ディスク上の選択された円形トラックの上部に移動させるためにサスペンションアームを揺動させるアクチュエータアームとを含む。サスペンションアームは、ディスクが回転していない時にはスライダを付勢してディスクの表面に接触させるが、ディスクが回転すると、回転ディスクが、空気を、スライダの浮上面(air bearing surface:ABS)に接するように巻き込み、スライダを、回転ディスクの表面から僅かな間隔だけ離して空気ベアリングの上に載せる。スライダが空気ベアリングの上に載ると、回転ディスクに磁気像を書き込み、回転ディスクから磁気信号場を読み取るために、書き込みおよび読み取りヘッドが用いられる。読み取りおよび書き込みヘッドは、書き込みおよび読み取り機能を実行するコンピュータプログラムに従って作動する処理回路に接続される。
記録ビットが磁気媒体の記録層内において垂直方位または面外方位に保存される垂直磁気記録方式によって、HDDなどの磁気記録装置における超高密度記録が可能になっている。書き込みヘッドは、データを、高いビット密度だけでなく、高いデータ速度でも書き込むことが必要である。しかし、1つの磁化方向からもう一方の磁化方向に切り換えるための書き込みヘッドの書き込み極における切換え時間が、データ速度の増大と共に、磁気切換え速度に対する制限因子になる。高いデータ速度においては、磁気媒体上の記録層によって見られるように、書き込みヘッドからの有効な磁束が、書き込みヘッドの低周波の磁束出力によって制限される。
さらに、HDDの書き込みドライバ回路からの書き込み電流の付加的なオーバシュートが、磁気反転速度に役立つ可能性があることが知られている。書き込みドライバ回路がもたらすオーバシュートを超える付加的なオーバシュートを提供する書き込み強化回路が、信号伝送損失の克服に役立っており、書き込みドライバからの要求オーバシュートを低減している。
このようなオーバシュートを提供するために、単一コンデンサの構成が提案された。図1は、先行技術によるこのような構成のウエハの平面図50および側面図80を示す。コンデンサプレートとして機能する2層の導電性材料54、56の間に追加されたコンデンサ52によって、受動的な伝送線路補正が設けられる。しかし、単一コンデンサ52を用いるこの構成は、コイルのリード線58、60と基板64との間のインピーダンスの大きな不均衡を惹起する場合がある。これが、単一の寄生キャパシタンス62として示されている。この寄生キャパシタンス62は好ましくないが、書き込みヘッドにおけるウエハ材料が薄いために不可避的なものでもある。書き込みヘッドにおいてキャパシタンスがアンバランスであると、結果的に、コモンモードの妨害(スパイク)とクロストークの問題とが惹起される可能性がある。コモンモード電圧/電流は書き込み信号の遷移時に生じることがあり、書き込み対読み取りのクロストークはコモンモード信号によって惹起される。信号の妨害は、敏感な読み取り素子に有害であり、中和しなければ、読み取り素子を損傷することがある。
一実施形態において、磁気ヘッドが、書き込み極と、書き込みコイルであって前記書き込みコイルの励磁と同時に書き込み極に磁界を射出させるように調整された書き込みコイルと、書き込みコイルに並列に電気接続される第1コンデンサおよび第2コンデンサとを含み、ここで、各コンデンサは、平面状の底部プレートと、底部プレートに平行に配置される頂部プレートと、頂部プレートおよび底部プレートの間に配置される少なくとも1つの誘電体層とを含み、さらに、各コンデンサの底部プレートと、底部プレートの下部に配置される基板との間の寄生キャパシタンスが磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、それらのコンデンサの寄生キャパシタンスはほぼ均衡している。
別の実施形態において、磁気ヘッドの形成方法は、第1および第2底部プレートを形成するために、基板の上部に2つの別個の部分において第1電気透過性材料を形成するステップであって、その両底部プレートは基板に面する実質的に等しい表面積を有する、ステップと、その両底部プレートの上部に誘電体層を形成するステップと、その誘電体層の下の第1電気透過性材料を曝露するために、その誘電体層の中に2つのギャップを、すなわち、第1底部プレートの上部に1つのギャップを、第2底部プレートの上部に1つのギャップを形成するステップと、第1底部プレートの上部に配置される第1頂部プレートおよび第2底部プレートの上部に配置される第2頂部プレートを形成するために、誘電体層の上部に2つの別個の部分において第2電気透過性材料を形成し、それによって、第1および第2コンデンサを形成するステップであって、その両頂部プレートは両底部プレートに平行に配置され、かつ、両頂部プレートは、対応する底部プレートに面する実質的に等しい表面積を有する、ステップと、第1頂部プレートに電気接続される第1コイルパッドを形成するステップと、第2頂部プレートに電気接続される第2コイルパッドを形成するステップと、を含み、ここで、第1コンデンサのキャパシタンスは第2コンデンサのキャパシタンスにほぼ等しい。
さらに別の実施形態において、磁気ヘッドが、基板の上部に配置される第1コンデンサと、その基板の上部に配置される第2コンデンサとを含み、ここで、その第1および第2コンデンサは書き込みコイルに並列に接続され、さらに、各コンデンサは、平面状の底部プレートと、底部プレートに平行な頂部プレートと、頂部プレートおよび底部プレートの間に配置される誘電体層とを含み、また、さらに、各コンデンサの底部プレートと基板との間の寄生キャパシタンスが磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、それらのコンデンサの寄生キャパシタンスは均衡しており、それらのコンデンサは実質的に等しいキャパシタンスを有する。
これらの実施形態のいずれも、磁気ヘッドと、磁気媒体(例えばハードディスク)を磁気ヘッドの上部に通過させる駆動機構と、磁気ヘッドに電気接続される制御器とを含むことができるディスクドライブ装置などの磁気データ記憶装置において実施することができる。
本発明の他の態様および利点は以下の詳細な説明から明らかになるであろう。以下の説明は、図面と関連付けて読解すると、本発明の原理を具体的な例として表現している。
本発明の特質および利点と、好ましい使用モードとを完全に理解するためには、図面と関連付けて記述される以下の説明が参照されるべきである。
以下の説明は、本発明の一般的原理を例示するためのものであり、請求項に記載される本発明の概念を制限することを意味するものではない。さらに、本明細書に記述する特定の特徴は、記述される他の特徴と組み合わせて、種々の可能な組合せおよび順列のそれぞれにおいて用いることが可能である。
本明細書において特に規定しない限り、すべての用語は、本明細書から示唆される意味、並びに、当業者が理解する意味および/または辞典、事典などに定義される意味を含むその最も広義の可能な解釈が付与されるものとする。
さらに、本明細書および添付の請求項において使用される単数形の冠詞“a”、“an”および“the”は、特にそうでない旨規定しない限り、複数の指示対象をも含む点にも留意するべきである。
以下の記述は、集積化伝送線路補正用の双対並列コンデンサの構成を利用する書き込みヘッドのいくつかの好ましい実施形態と、その製作方法とを開示する。
一般的な一実施形態において、磁気ヘッドが、書き込み極と、書き込みコイルであってその書き込みコイルの励磁と同時に書き込み極に磁界を射出させるように調整された書き込みコイルと、書き込みコイルに並列に電気接続される第1コンデンサおよび第2コンデンサとを含み、ここで、各コンデンサは、平面状の底部プレートと、底部プレートに平行に配置される頂部プレートと、頂部プレートおよび底部プレートの間に配置される少なくとも1つの誘電体層とを含み、さらに、各コンデンサの底部プレートと、底部プレートの下部に配置される基板との間の寄生キャパシタンスが磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、それらのコンデンサの寄生キャパシタンスはほぼ均衡している。
別の一般的な実施形態において、磁気ヘッドの形成方法は、第1および第2底部プレートを形成するために、基板の上部に2つの別個の部分において第1電気透過性材料を形成するステップであって、その両底部プレートは基板に面する実質的に等しい表面積を有する、ステップと、その両底部プレートの上部に誘電体層を形成するステップと、その誘電体の下の第1電気透過性材料を曝露するために、その誘電体層の中に2つのギャップを、すなわち、第1底部プレートの上部に1つのギャップを、第2底部プレートの上部に1つのギャップを形成するステップと、第1底部プレートの上部に配置される第1頂部プレートおよび第2底部プレートの上部に配置される第2頂部プレートを形成するために、誘電体層の上部に2つの別個の部分において第2電気透過性材料を形成し、それによって、第1および第2コンデンサを形成するステップであって、その両頂部プレートは両底部プレートに平行に配置され、かつ、両頂部プレートは、対応する底部プレートに面する実質的に等しい表面積を有する、ステップと、第1頂部プレートに電気接続される第1コイルパッドを形成するステップと、第2頂部プレートに電気接続される第2コイルパッドを形成するステップと、を含み、ここで、第1コンデンサのキャパシタンスは第2コンデンサのキャパシタンスにほぼ等しい。
さらに別の一般的な実施形態において、磁気ヘッドが、基板の上部に配置される第1コンデンサと、その基板の上部に配置される第2コンデンサとを含み、ここで、その第1および第2コンデンサは書き込みコイルに並列に接続され、さらに、各コンデンサは、平面状の底部プレートと、底部プレートに平行な頂部プレートと、頂部プレートおよび底部プレートの間に配置される誘電体層とを含み、また、さらに、各コンデンサの底部プレートと基板との間の寄生キャパシタンスが磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、それらのコンデンサの寄生キャパシタンスは均衡しており、それらのコンデンサは実質的に等しいキャパシタンスを有する。
通常の磁気ヘッドにおいては、誘導書き込みヘッドは、1つ以上の絶縁層(絶縁スタック)の中に埋め込まれたコイル層を含み、その絶縁スタックは第1および第2極片層の間に位置している。第1および第2極片層の間には、書き込みヘッドの浮上面(ABS)におけるギャップ層によってギャップが形成される。極片層は背面ギャップにおいて接続することができる。電流はコイル層を通して導かれ、そのコイル層が極片内に磁界を発生させる。この磁界が、回転磁気ディスク上の円形トラックなどの作動媒体上のトラックに磁界情報のビットを書き込むために、ABSにおけるギャップを横断して繋がる。
第2極片層は、ABSからフレア点に延びる極先端部分と、フレア点から背面ギャップに延びるヨーク部分とを有する。フレア点は、第2極片が広がって(フレアして)ヨークを形成し始める位置である。フレア点の配置は記録媒体上に情報を書き込むために生成される磁界の大きさに直接影響を及ぼす。
図2Aは、図1に示すような磁気ディスク記録装置において用いるなどの従来型の記録媒体を模式的に示す。この媒体は、媒体そのものの平面内に、あるいはそれに平行に磁気パルスを記録するために用いられる。記録媒体、この例では記録ディスクは、基本的に、適切な従来型の磁気層の上掛け被膜202を有する、ガラスなどの適切な非磁性材料の支持基板200を含む。
図2Bは、好ましくは薄膜ヘッドとすることができる従来型の記録/再生ヘッド204と、図2Aの場合などの従来型の記録媒体との間の操作上の関係を示す。
図2Cは、図1に示すような磁気ディスク記録装置において用いる記録媒体の表面に実質的に垂直な磁気パルスの方位を模式的に示す。このような垂直記録方式の場合には、媒体は、通常、高透磁率材料の下地層212を含む。この下地層212に、好ましくは下地層212に対して高い飽和保磁力を有する磁気材料の上掛け被膜214を被覆する。
図2Dは、垂直ヘッド218と記録媒体との間の操作上の関係を示す。図2Dに示す記録媒体は、高透磁率の下地層212と、図2Cに関連して述べた上記の磁気材料の上掛け被膜214との両者を含む。しかし、これらの層212および214の両者は適切な基板216に塗着されるものとして示されている。通常、層212および214の間に「交換ブレーク(exchange break)」層または「中間層(interlayer)」と呼称される付加層(図示せず)も存在する。
この構造においては、垂直ヘッド218の極間に延びる磁力線が、高透磁率の下地層212を有する記録媒体の上掛け被膜214に流入しかつそこから流出するループを形成し、それによって、磁力線は、上掛け被膜214を概ね媒体の表面に垂直な方向に通過し、好ましくは下地層212に対して高い飽和保磁力を有する磁気材料の上掛け被膜214内に、情報を、媒体表面に実質的に垂直な磁化軸を有する磁気パルスの形で記録する。磁束は、軟下層被膜212によって、ヘッド218の戻り層(P1)に戻るように導かれる。
図2Eは、基板216がその両面のそれぞれに層212および214を担持する同様の構造を示す。ここで、適切な記録ヘッド218が、媒体のそれぞれの側における磁気被膜214の外面に隣接して配置され、媒体の各面への記録を可能にする。
図3Aは垂直磁気ヘッドの断面図である。図3Aにおいては、らせんコイル310および312が、ステッチ極308内に磁束を創出するために用いられ、そのステッチ極308は続いてその磁束を主極306に供給する。コイル310は、ページの紙面から流出するコイル電流を示し、一方、コイル312はページに流入するコイル電流を表す。ステッチ極308はABS318から後退させることができる。絶縁体316がコイルを囲繞して、いくつかの要素を支持することができる。媒体の移動方向は、構造の右側の矢印によって示されるように、媒体を、最初に下部戻り極314を通過し、続いてステッチ極308、主極306、ラップアラウンドシールド(図示せず)に接続することができるトレーリングシールド304を通過し、最後に上部戻り極302を通過するように動かす。これらの構成要素のそれぞれは、ABS318と接触する部分を有することができる。ABS318は構造の右側全域に示されている。
垂直書き込みは、磁束を、ステッチ極308から主極306の中に通し、続いてABS318に向かって配置されるディスクの表面に強制的に導くことによって実現される。
図3Bは、図3Aのヘッドと同様の特徴を有するピギーバック磁気ヘッドを示す。2つのシールド304、314がステッチ極308および主極306の側面に位置している。センサーシールド322、324も示されている。センサー326は、通常、センサーシールド322、324間に配置される。
図4Aは、時にパンケーキ形態とも呼称されるループコイル410を使用してステッチ極408に磁束を供給する一実施形態の概略図である。ステッチ極は、続いてこの磁束を主極406に供給する。この配置においては、下部戻り極は場合によって設けられるものである。絶縁体416がコイル410を囲繞して、ステッチ極408および主極406に対する支持を提供することができる。ステッチ極はABS418から後退させることができる。媒体の移動方向は、構造の右側の矢印で示されるように、媒体を、ステッチ極408と、主極406と、ラップアラウンドシールド(図示せず)に接続することができるトレーリングシールド404とを通過し、最後に上部戻り極402を通過するように動かす(これらの構成要素は、すべて、ABS418と接触する部分を有しても有さなくてもよい)。ABS418は構造の右側全域に示されている。トレーリングシールド404は、いくつかの実施形態においては、主極406と接触させることができる。
図4Bは、図4Aのヘッドと同様の特徴を有するもう1つのタイプのピギーバック磁気ヘッドを示す。このヘッドは、周回してパンケーキコイルを形成するループコイル410を含む。センサーシールド422、424も示されている。センサー426は、通常、センサーシールド422、424間に配置される。
図3Bおよび4Bには、磁気ヘッドの非ABS側の近傍に場合によって設けられるヒータが示されている。ヒータ(Heater)は、図3Aおよび4Aに示す磁気ヘッドにも含めることができる。このヒータの位置は、望ましい突出部の位置、囲繞層の熱膨張係数などの設計パラメータに基づいて変化させることができる。
図5を参照すると、本発明の一実施形態に基づくディスクドライブ100が示されている。図5に示すように、少なくとも1つの回転可能な磁気ディスク112が、スピンドル114上に支持され、ディスク駆動モータ118を含むことができる駆動機構によって回転される。各ディスク上への磁気記録は、通常、ディスク112上の同心のデータトラック(図示せず)の環状のパターンの形態において行われる。
少なくとも1つのスライダ113がディスク112の近傍に配置され、各スライダ113は、1つ以上の磁気読み取り/書き込みヘッド121を支持する。ディスクが回転すると、ヘッド121が所要のデータが記録されるおよび/または書き込まれるべきディスクの異なるトラックにアクセスし得るように、スライダ113が、ディスク表面122の上部において半径方向の内向きおよび外向きに動かされる。各スライダ113は、サスペンション115によってアクチュエータアーム119に取り付けられる。サスペンション115は、スライダ113をディスク表面122に対して付勢する僅かなスプリング力を提供する。各アクチュエータアーム119はアクチュエータ127に取り付けられる。アクチュエータ127は、図5に示すように、ボイスコイルモータ(voice coil motor:VCM)とすることができる。VCMは、固定磁界の内部で可動なコイルを含み、このコイルの動作の方向および速度は、制御器129によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
ディスク記憶装置の運転の間、ディスク112の回転によって、スライダ113とディスク表面122との間に、スライダに上向きの力または揚力を付与する空気ベアリングが生成される。従って、空気ベアリングは、通常の運転中、サスペンション115の僅かなスプリング力に対抗して、スライダ113を、ディスク表面の上部に実質的に一定の微小な間隔だけ表面から離して支持する。いくつかの実施形態においては、スライダ113がディスク表面122に沿って摺動することがあり得ることに留意されたい。
ディスク記憶装置の種々の構成要素は、運転中、制御器129によって生成される制御信号、例えば、アクセス制御信号および内部クロック信号などによって制御される。制御ユニット129は、通常、論理制御回路と、記憶装置(例えばメモリ)と、マイクロプロセッサとを含む。制御ユニット129は、ライン123上の駆動モータ制御信号、およびライン128上のヘッド位置およびシーク制御信号などの、種々のシステム操作を制御する制御信号を生成する。ライン128上の制御信号は、スライダ113を、ディスク112上の所要のデータトラックに最適に動かして位置決めするための所要の電流パターンを供給する。読み取りおよび書き込み信号は、記録チャネル125を経由して、読み取り/書き込みヘッド121に対して伝送され、またはヘッド121から伝送される。
典型的な磁気ディスク記憶装置に関する上記の記述および添付の図5は説明目的のためのみのものである。ディスク記憶装置は多数のディスクとアクチュエータとを包含し得ること、および、各アクチュエータは複数のスライダを支持し得ることは明らかであろう。
また、データを送受信するためのディスクドライブと(統合型または外部の)ホストとの間の通信用として、かつ、ディスクドライブの操作の制御用およびディスクドライブの状態に関するホストとの通信用として、インタフェースを設けることができる。これらはすべて当業者が理解するところであろう。
ここで図6を参照すると、基板に対するインピーダンスのアンバランスを伴う単一キャパシタンスの構成を利用する書き込みヘッドに関わる問題点が、書き込み電流およびコンデンサのサイズに対する典型的な値を用いたいくつかの研究に従って示されている。書き込み信号遷移608の間にコモンモードの電圧/電流が生じ、それは、書き込み信号602の上昇および下降遷移において生じる。アンバランスなキャパシタンス構成(単一コンデンサ構成)の応答604を追跡することによって、約80mVの大きなコモンモード電圧のスパイク610が、各書き込み信号遷移608の間に生じるのを見ることができる。図6に示されるように、書き込みヘッドにおいてキャパシタンスがアンバランスな構成はコモンモードの妨害(スパイク)を生成する。コモンモードの信号によって、書き込み対読み取りのクロストークが惹起され、従って、キャパシタンスがアンバランスな構成はクロストーク問題の原因になる。さらに、信号の妨害は敏感な読み取り素子に有害である。
しかし、バランス型キャパシタンスの構成は、書き込みヘッドのコモンモードの信号を除去する。バランス型キャパシタンス構成の応答606を追跡すると、本明細書において種々の実施形態に従って説明するように、応答606が書き込み信号602の遷移608の間に変化しないので、コモンモード電圧のスパイクが全く生じないことが分かる。
このため、高周波数の書き込み信号においては、アンバランスな終端は好ましくないと見做される。従って、このアンバランスな終端を取り除く構成が有益であろう。
ここで図7を参照すると、ウエハの平面図700と、詳細上面図750と、双対並列コンデンサの構成の側面図760とが、一実施形態に従って示されている。ウエハの平面図700は、ウエハから切り取られたスライダ部分となるものを上から見た図である。詳細上面図750は、双対並列コンデンサが配置される部分に限定されたウエハ外観の拡大図である。側面図760は、詳細上面図750の断面線A−Aから見た図である。
双対並列コンデンサの構成は、コンデンサ724、726の上部に配置される2つのコイルパッド、すなわち正のコイルパッド702と負のコイルパッド704とを含む。このコイルパッドは、当業者の知るところであるが、書き込み極を周回する書き込みコイルに接続するように調整され、かつ、書き込みコイルが励起されると、書き込み極に磁界を射出させるように調整される。読み取り/書き込みヘッド740はスライダの下部部分に配置される。
第1コンデンサ724は頂部プレート706を含み、この頂部プレート706は誘電体層714を介して底部プレート710に接続される。頂部プレート706は、底部プレート710に平行、あるいはほぼ平行である。第2コンデンサ726は頂部プレート708を含み、この頂部プレート708は誘電体層714を介して底部プレート712に接続される。頂部プレート708は、底部プレート712に平行、あるいはほぼ平行に配置される。各コンデンサ724、726は、それぞれ、誘電体層718を架橋する基板716に対する好ましくない寄生キャパシタンス720、722をも不可避的に有する。コンデンサ724、726は、各コンデンサの頂部プレート706、708を介してコイルパッド702、704に並列に電気接続される。寄生キャパシタンス720、722は、常時存在するが、書き込みコイルが作動し、書き込みヘッドによって磁界が生成される磁気ヘッドの書込み操作の間のみに影響力を有する。
この双対並列コンデンサの構成によれば、コンデンサ724、726の底部プレート710、712と基板716との間の交流結合720、722は均衡している。これは、この構成を採用するヘッドの信頼性を改善する。
この双対並列コンデンサの構成のシャント容量(shunt capacitance:SC)は、SC=2C+Cs/2に従って計算することができる。ここで、第1コンデンサ724および第2コンデンサ726の各キャパシタンス(C)は、それぞれ、各コンデンサ724、726と基板716との間の寄生キャパシタンス(Cs)720、722より遥かに大きい。すなわちCs<<Cである。従って、各コンデンサの寄生キャパシタンスは各コンデンサのキャパシタンスよりはるかに低いので、各コンデンサのキャパシタンスは、所望のシャント容量の約1/2に等しい。
一実施形態によれば、上記のコンデンサネットワークの累積キャパシタンス(シャント容量)を、約1.0pF〜約5.0pFの範囲内、例えば約2.9pFまたは3.0pFとすることができる。約3.0pFのシャント容量を実現するために、各コンデンサ724、726は約1.5pFのキャパシタンスを有することができる。約1.5pFのキャパシタンスは、並列に使用すると約3.0pFの累積キャパシタンスになる。これは、各寄生キャパシタンス720、722が約86fFであるという結果をもたらす。
これらのキャパシタンスを実現するため、一実施形態においては、基板716と、各コンデンサ724、726の底部プレート710、712との間の間隔728を、約2.0μm〜約3.0μm、例えば約2.6μmとすることができる。さらに、一実施形態においては、誘電体層714の高さ730を、約0.1μm〜約0.2μm、例えば約0.15μmとすることができる。また、これらの実施形態においては、各コンデンサ724、726の底部プレート710、712の表面積を、約2000μm2〜約4000μm2、例えば約2800μm2とすることができる。磁気記録ウエハ用の好ましい誘電体は、比誘電率が通常約9であるアルミナである。他の誘電体材料も使用可能であるが、プレートの領域は、どのような誘電体材料を使用するとしても、上記の誘電率に適応するように調整しなければならない。
いかなる実施形態においても、上記のコンデンサネットワークの所要の分路を形成するために、間隔728、高さ730、各コンデンサ724、726の底部プレート710、712の表面積、および/またはすべての層の材料を制御することができる。
いくつかの解決方法においては、図7に示す磁気ヘッド740用の双対並列コンデンサの構成を、任意の磁気データ記憶装置において用いることができる。典型的な1つの磁気データ記憶装置が図5に示されている。この磁気データ記憶装置100は、例えば、本明細書の任意の実施形態に従って説明される少なくとも1つの磁気ヘッド121と、磁気媒体112と、磁気媒体112を少なくとも1つの磁気ヘッド121の上部に通過させる駆動機構118と、少なくとも1つの磁気ヘッド121の操作を制御するために少なくとも1つの磁気ヘッド121に電気接続される制御器129とを含むことができる。
ここで図8を参照すると、双対並列コンデンサの構成の電気的な接続を示す概略図が、一実施形態に従って示されている。ここで、左のコイルパッド(正のパッド)702は、コイル802を横断して右のコイルパッド(負のパッド)704と接続されていることが分かる。さらに、第1コンデンサ724および第2コンデンサ726がコイル802と並列に接続され、各コンデンサは、基板716に対する寄生キャパシタンス720、722を有する。第1コンデンサ724は頂部プレート706を含み、その頂部プレート706は、誘電体層714を介して底部プレート710に結合されて、その間にキャパシタンスを生成する。同様に、第2コンデンサ726は頂部プレート708を含み、その頂部プレート708は、誘電体層714を介して底部プレート712に結合されて、その間にキャパシタンスを生成する。さらに、第2コンデンサの頂部プレート708は、第1コンデンサの底部プレート710に接続され、第1コンデンサの頂部プレート706は、第2コンデンサの底部プレート712に接続される。
書き込み電流に誘起される電圧スパイクが除去されるという本明細書に記述する有利な効果を得るために、各コンデンサ724、726の寄生キャパシタンス720、722を均衡させなければならない。これは、各コンデンサの底部プレートが基板716に対して同じ曝露表面積を有すること、および、その底部プレートを基板716から同じ間隔だけ離して配置することを確保することによって可能になる。従って、一実施形態においては、底部プレート710が、底部プレート712と同じかまたは実質的に同じ底部表面積を有し、かつ、底部プレート710は、基板716から底部プレート712と同じかまたは実質的に同じ間隔に、同じかまたは実質的に同じ誘電率を有する材料718を介して配置される。「実質的に」という用語が意味するところは、コンデンサ724、726が形成されるリソグラフィーまたは処理法において許容可能な最も微細な公差の範囲内である。
この結果、基板716に対して同一または実質的に同一に配置される2つの同一または殆ど同一のコンデンサ724、726であって、コイル802に対して並列に接続されるコンデンサ724、726が形成され、それによって、各コンデンサ724、726の寄生キャパシタンス720、722は均衡する。
図9A〜9Iにおいては、一実施形態に従って、磁気ヘッドの形成プロセスのいくつかのステップにおける上面図と、上面図の線A−Aから見た断面図とが示されている。この方法は、任意選択的に、図1〜7に示すような構造を構築するために実施することができるが、当然ながら、この方法および本明細書に提示する他の方法は、磁気記録に関わるあるいは関わることのない広範囲のデバイスおよび/または目的用の磁気的構造体を形成するのに用いることができる。さらに、本明細書に提示する方法は、任意の所望の環境において実施することができる。また、上記に述べた任意の特徴は、種々の方法に従って記述される任意の実施形態において用いることができる点にも留意するべきである。
図9Aにおいては、目標領域(シード層904の領域と同義)内に2つのコンデンサを構築するために、書き込みパッドの下部に空間が留保され、ここで、底部プレートの底面側は、読み取り器の第1シールド(シールド1)の頂部に平行である。この位置および基板からの高さによって、記録ヘッドにおいて通常使用されない領域が使用され、コンデンサが基板902から数ミクロンの位置に配置され、これによって、好ましくない寄生キャパシタンスを低減できる。シード層904は、一解決方法においては、基板902の上部に堆積された完全膜である。シード層904は、目標領域をカバーするために堆積することができるもので、その上に伝導性金属をメッキし得るシード層にすることができる当分野で既知の任意の適切な材料を含むことができる。また、このシード層904は、その上にメッキするための他のシード層であって、磁気ヘッドの他の構造体、例えば読み取り器の第2シールド(シールド2)を形成することができる他のシード層を形成するために、ウエハの他の部分にも用いることができる。これは、当業者がこの明細書を読めば直ちに理解するところであろう。
図9Bにおいては、第1電気透過性材料906をシード層904の上にメッキする。第1電気透過性材料906は、コンデンサの底部プレートとして使用できる当分野で既知の任意の適切な材料、例えば、NiFe、CoFe、CoPtFe、および、当分野で既知の他の電気透過性材料を含むことができる。第1電気透過性材料906と第1誘電体層902との間の表面積(第1誘電体層902と、その下の任意の層、例えば基板とに面する第1電気透過性材料906の表面積)は、一解決方法においては、第1電気透過性材料906のそれぞれの部分に等しい。
一実施形態においては、第1電気透過性材料906は、読み取り器の上部シールド形成用として用いられる材料(例えばNi80Fe20)を含むことができる。この実施形態においては、読み取り器の上部シールドを、第1電気透過性材料906と同じリソグラフィーのステップ(例えば、共通のフォトリソグラフィーのステップ)において形成することができる。
図9Cにおいては、書き込み器の底部極と読み取り器の上部シールドとの間のギャップとして機能する分離ギャップ908を、第1電気透過性材料906の上部に形成する。従って、この分離ギャップ908は、コンデンサを構成するには必須ではなく、このステップは、コンデンサの構成から省略してもよい。
このギャップ908の高さは、制御され、一解決方法においては、約100nm〜約400nm、例えば約250nmとすることができる。一実施形態においては、この分離ギャップ908を完全膜に形成することができる。この分離ギャップ908用として、任意の適切な材料、例えばアルミナ(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、二酸化ケイ素(SiO2)などの誘電体材料を用いることができる。
図9Dにおいては、第1電気透過性材料906の頂部から分離ギャップ908の材料を取り除くために、ウェットエッチングまたはリフトオフ法などのエッチング、あるいは他の何らかの適切な技術が用いられる。図示のように、分離ギャップ908の材料の一部分は、第1電気透過性材料906の周縁部に、デバイスの性能に負の影響を及ぼすことなく残すことができる。
図9Eにおいては、第1電気透過性材料906の上部に、第2電気透過性材料910を形成し、それによって、各コンデンサの底部プレートを形成する。いくつかの解決方法においては、第2電気透過性材料910を、除去プロセス後に第1電気透過性材料906の端部の上部に残存している分離ギャップ908の部分に重ね合わせることができる。第2電気透過性材料910用として、当分野で知られる任意の適切な材料、例えば、NiFe、CoFe、CoPtFeなどを用いることができる。
一実施形態においては、第2電気透過性材料910が、書き込み器の第1極に用いられるのと同じ材料、例えば、Ni80Fe20、Ni45Fe55などを含むことができる。この実施形態においては、書き込み器の第1極を、第2電気透過性材料910と同じリソグラフィーのステップにおいて形成することができる。
図9Fにおいては、誘電体材料を第2電気透過性材料910の上部に形成して第2誘電体層912を形成する。ここで、その誘電体層912の形成は、その誘電体材料を平坦化のステップで使用し得る方式で行われる。いくつかの解決方法においては、誘電体材料は、アルミナ、酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、あるいは他のいくつかの適切な誘電体材料を含むことができる。
一実施形態によれば、第2誘電体層912のいくつかの部分の上部に化学機械研摩(chemical mechanical polishing:CMP)停止層を形成して、層を平坦化するためのCMPプロセスに対する停止点を指示することができる。
図9Gにおいては、第2電気透過性材料910の上部部分および第2誘電体層912を除去してコンデンサの底部プレート914を形成するために、当分野で知られる任意の適切な方法を用いて平坦化が実施される。一実施形態においては、構造体を平坦化するのにCMPを用いることができる。
一解決方法においては、各コンデンサ用の各底部プレート914が、底部プレート部分913と、底部プレート部分913から延びる底部タブ915であって、図示のようにもう一方のコンデンサの底部プレートの方に延びる底部タブ915とを含むことができる。
さらに、いくつかの解決方法においては、書き込みコイルに対する絶縁を、第2誘電体層912の形成と同じリソグラフィーのステップにおいて形成することができる。
図9Hにおいては、第3の誘電体層922をコンデンサの底部プレート914の上部に形成し、第3誘電体層922を通るギャップ916を設けるために、ギャップのリフトオフ法を実行して、底部プレート914を構成する第2電気透過性材料910の一部分を曝露し、引き続いてそれに対する接続を形成する。ギャップ916を形成するのに、当分野で知られる任意の適切なプロセスを用いることができる。ギャップの形成はリフトオフ法の使用に限定されない。
一実施形態においては、各ギャップ916は同じサイズである。ギャップ916を底部プレート914の突出部分に配置することが、底部プレート914を、引き続いて形成される頂部プレートと相互結合するのに有利である。
別の実施形態においては、第3誘電体層922の高さを利用して、この構造物から形成されるコンデンサのキャパシタンスを少なくとも部分的に決定する。そのため、いくつかの解決方法においては、第3誘電体層922の厚さを、形成プロセスによって、あるいはさらに好ましくは除去プロセスによって制御することができる。
一実施形態においては、第3誘電体層922の厚さを約100nm〜約300nm、例えば約150nmに形成することができる。
別の実施形態においては、第2誘電体層912および第3誘電体層922が、同じ材料または異なる材料、例えば、アルミナ、MgO、SiO2などを含むことができる。
特定の一実施形態においては、ウエハのその他の部分に対して付加的な厚さを設けるために、第3誘電体層922のいくつかの部分の上部に誘電体材料の別の層を形成することができる。この誘電体材料の付加層の厚さは、いくつかの解決方法においては、約200nmとすることができる。
図9Iにおいては、誘電体材料922およびギャップ916の上部にコンデンサ920の頂部プレート918を形成する。さらに、各コンデンサ920用の頂部プレート918を、ギャップ916を介して、反対側のコンデンサ920の底部プレート914に接続する。頂部プレート918用の材料として、当分野で知られる任意の適切な材料、例えばCuを用いることができる。
各コンデンサ920の頂部プレート918は、それぞれ、頂部プレート部分917と、頂部プレート部分917から延びる頂部タブ919であって、図示のようにもう一方のコンデンサの頂部プレートの方に延びる頂部タブ919とを含む。
一実施形態において、各コンデンサ920の底部プレート914が、各コンデンサ920の頂部プレート918に実質的に平行な方位に向けられる。この両プレートは、製作技術が許容する限り正確に平行にすることが望ましい。
この方法によって、第1コンデンサの底部プレート914の底部タブ915が、第2コンデンサの頂部プレート918の頂部タブ919に電気接続され、一方、第2コンデンサの底部プレート914の底部タブ915が、ギャップ916を介して、第1コンデンサの頂部プレート918の頂部タブ919に電気接続される。
各頂部プレート918は、多角形の形状、または、磁気ヘッドの製作プロセスにおける製作に適した他の任意の形状を有することができる。
一解決方法においては、書き込みコイルを形成するのに用いる材料、例えばCuあるいは他の何らかの電気透過性材料を、頂部プレート918を形成するのに用いることができる。この実施形態においては、書き込み器の書き込みコイルを、頂部プレート918と同じリソグラフィーのステップにおいて形成することができる。例えば、頂部プレート918を、書き込みコイルを部分的に形成する間(コイル1の製作ステップ)に形成することができる。
図9A〜9Iに関連して述べた任意の操作の前、後、または中間に、種々の実施形態に従って、また当分野で知られるように、他の処理操作を実施することができる。例えば、一実施形態において、誘電体層902を、コンデンサ920の底部プレート914と共に寄生キャパシタンスの原因になり得る基板の上部に形成することができる。
以上、種々の実施形態について述べたが、これらの実施形態は例示用としてのみ提示されており、限定するものではないことが理解されるべきである。従って、本発明の実施形態の幅および範囲は、上記のいずれの事例的実施形態によっても限定されるものではなく、以下の請求項およびその均等物に従ってのみ規定されるのである。
50 ウエハ平面図
52 コンデンサ
54 導電性材料
56 導電性材料
58 コイルのリード線
60 コイルのリード線
62 寄生キャパシタンス
64 基板
80 ウエハ側面図
100 ディスクドライブ
112 磁気ディスク
113 スライダ
114 スピンドル
115 サスペンション
118 ディスク駆動モータ
119 アクチュエータアーム
121 磁気ヘッド
122 ディスク表面
123 制御ライン
125 記録チャネル
127 アクチュエータ
128 制御ライン
129 制御器
200 支持基板
202 磁気被膜
204 ヘッド
212 下層被膜
214 磁気被膜
216 基板
218 ヘッド
302 戻り極
304 トレーリングシールド
306 主極
308 ステッチ極
310 らせんコイル
312 らせんコイル
314 戻り極
316 絶縁体
318 ABS
322 センサーシールド
324 センサーシールド
326 センサー
402 戻り極
404 トレーリングシールド
406 主極
408 ステッチ極
410 ループコイル
416 絶縁体
418 ABS
422 センサーシールド
424 センサーシールド
426 センサー
602 書き込み信号
604 応答(アンバランス型キャパシタンスの場合)
606 応答(バランス型キャパシタンスの場合)
608 信号遷移
610 スパイク
700 ウエハ平面図
702 コイルパッド
704 コイルパッド
706 頂部プレート
708 頂部プレート
710 底部プレート
712 底部プレート
714 誘電体層
716 基板
718 誘電体層
720 寄生キャパシタンス
722 寄生キャパシタンス
724 コンデンサ
726 コンデンサ
728 間隔
730 誘電体層の高さ
740 磁気ヘッド
750 詳細上面図
760 側面図
802 コイル
902 基板(第1誘電体層)
904 シード層
906 第1電気透過性材料
908 ギャップ
910 第2電気透過性材料
912 第2誘電体層
913 底部プレート部分
914 底部プレート
915 底部タブ
916 ギャップ
917 頂部プレート部分
918 頂部プレート
919 頂部タブ
920 コンデンサ
922 第3誘電体層
52 コンデンサ
54 導電性材料
56 導電性材料
58 コイルのリード線
60 コイルのリード線
62 寄生キャパシタンス
64 基板
80 ウエハ側面図
100 ディスクドライブ
112 磁気ディスク
113 スライダ
114 スピンドル
115 サスペンション
118 ディスク駆動モータ
119 アクチュエータアーム
121 磁気ヘッド
122 ディスク表面
123 制御ライン
125 記録チャネル
127 アクチュエータ
128 制御ライン
129 制御器
200 支持基板
202 磁気被膜
204 ヘッド
212 下層被膜
214 磁気被膜
216 基板
218 ヘッド
302 戻り極
304 トレーリングシールド
306 主極
308 ステッチ極
310 らせんコイル
312 らせんコイル
314 戻り極
316 絶縁体
318 ABS
322 センサーシールド
324 センサーシールド
326 センサー
402 戻り極
404 トレーリングシールド
406 主極
408 ステッチ極
410 ループコイル
416 絶縁体
418 ABS
422 センサーシールド
424 センサーシールド
426 センサー
602 書き込み信号
604 応答(アンバランス型キャパシタンスの場合)
606 応答(バランス型キャパシタンスの場合)
608 信号遷移
610 スパイク
700 ウエハ平面図
702 コイルパッド
704 コイルパッド
706 頂部プレート
708 頂部プレート
710 底部プレート
712 底部プレート
714 誘電体層
716 基板
718 誘電体層
720 寄生キャパシタンス
722 寄生キャパシタンス
724 コンデンサ
726 コンデンサ
728 間隔
730 誘電体層の高さ
740 磁気ヘッド
750 詳細上面図
760 側面図
802 コイル
902 基板(第1誘電体層)
904 シード層
906 第1電気透過性材料
908 ギャップ
910 第2電気透過性材料
912 第2誘電体層
913 底部プレート部分
914 底部プレート
915 底部タブ
916 ギャップ
917 頂部プレート部分
918 頂部プレート
919 頂部タブ
920 コンデンサ
922 第3誘電体層
Claims (19)
- 磁気ヘッドであって、
書き込み極と、
書き込みコイルであって、前記書き込みコイルが励磁されると前記書き込み極に磁界を射出させるように調整された書き込みコイルと、
前記書き込みコイルに並列に電気接続される第1コンデンサおよび第2コンデンサと、
を備え、
各前記コンデンサが、
平面状の底部プレートと、
前記底部プレートに平行に配置される頂部プレートと、
前記頂部プレートおよび前記底部プレートの間に配置される少なくとも1つの誘電体層と、
を含み、
各前記コンデンサの底部プレートと、前記底部プレートの下部に配置される基板との間の寄生キャパシタンスが、前記磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、かつ、
各前記コンデンサの寄生キャパシタンスがほぼ均衡している、
磁気ヘッド。 - 各前記コンデンサが実質的に等しいキャパシタンスを有する、請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 前記等しいキャパシタンスが約1.0pF〜約2.0pFである、請求項2に記載の磁気ヘッド。
- 各前記コンデンサの累積並列キャパシタンスが約2.0pF〜約4.0pFである、請求項3に記載の磁気ヘッド。
- 各前記コンデンサの底部プレートと前記基板との間に配置される第2誘電体層をさらに含む、請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 前記底部プレートおよび前記頂部プレートが電気透過性材料を含む、請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 前記第1コンデンサの頂部プレートに電気接続される第1コイルパッドと、前記第2コンデンサの頂部プレートに電気接続される第2コイルパッドとをさらに含み、各前記コイルパッドは前記コンデンサと並列に電気接続される、請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 前記第1コンデンサの底部プレートから延びるタブが、前記第2コンデンサの頂部プレートから延びるタブの下部に配置されると共にそのタブと電気的に接続され、前記第1コンデンサの頂部プレートから延びるタブが、前記第2コンデンサの底部プレートから延びるタブの上部に配置されると共にそのタブと電気的に接続される、請求項1に記載の磁気ヘッド。
- 請求項1に記載の少なくとも1つの磁気ヘッドと、
磁気媒体と、
前記磁気媒体を前記少なくとも1つの磁気ヘッドの上部に通過させる駆動機構と、
前記少なくとも1つの磁気ヘッドの操作を制御するために前記少なくとも1つの磁気ヘッドに電気接続される制御器と、
を含む磁気データ記憶装置。 - 磁気ヘッドの形成方法であって、
第1および第2底部プレートを形成するために、基板の上部に2つの別個の部分において第1電気透過性材料を形成するステップであって、前記両底部プレートは前記基板に面する実質的に等しい表面積を有する、ステップと、
前記両底部プレートの上部に誘電体層を形成するステップと、
前記誘電体層の下の第1電気透過性材料を曝露するために、前記誘電体層の中に2つのギャップを、すなわち、前記第1底部プレートの上部に1つのギャップを、前記第2底部プレートの上部に1つのギャップを形成するステップと、
前記第1底部プレートの上部に配置される第1頂部プレートおよび前記第2底部プレートの上部に配置される第2頂部プレートを形成するために、前記誘電体層の上部に2つの別個の部分において第2電気透過性材料を形成し、それによって、第1および第2コンデンサを形成するステップであって、前記頂部プレートは前記底部プレートに平行に配置され、かつ、前記両頂部プレートは、対応する底部プレートに面する実質的に等しい表面積を有する、ステップと、
前記第1頂部プレートに電気接続される第1コイルパッドを形成するステップと、
前記第2頂部プレートに電気接続される第2コイルパッドを形成するステップと、
を含み、
前記第1コンデンサのキャパシタンスが前記第2コンデンサのキャパシタンスにほぼ等しい、
方法。 - 前記第1頂部プレートを前記第2底部プレートに前記ギャップを介して電気接続し、前記第2頂部プレートを前記第1底部プレートに前記ギャップを介して電気接続し、それによって、前記コンデンサを前記コイルパッドに並列に電気接続する、請求項10に記載の方法。
- 前記頂部プレートと、書き込みコイルの一部分とを、共通のリソグラフィーのステップにおいて形成する、請求項10に記載の方法。
- 各前記ギャップがほぼ等しいサイズを有し、それによって、各前記ギャップの下の前記第1電気透過性材料のほぼ等しい表面積が曝露される、請求項10に記載の方法。
- 前記基板の上部にシード層を形成するステップと、前記シード層の上に前記第1電気透過性材料をメッキするステップとをさらに含み、ここで、前記第1電気透過性材料は、NiFe、CoFeおよびCoFePtの少なくともいずれかを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記底部プレートが、それぞれ、底部プレート部分と、前記底部プレート部分と同一平面上にある前記底部プレート部分から延びる底部タブとを含み、前記頂部プレートが、それぞれ、頂部プレート部分と、前記頂部プレート部分から延びる頂部タブとを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記第1コンデンサの底部プレートの底部タブを、前記第2コンデンサの頂部プレートの頂部タブに電気接続するステップと、
前記第2コンデンサの底部プレートの底部タブを、前記第1コンデンサの頂部プレートの頂部タブに電気接続するステップと、
をさらに含む、請求項15に記載の方法。 - 前記底部プレートが、読み取り器用の上部シールドを形成するのに用いられる材料を含み、かつ、前記底部プレートの一部分と前記上部シールドの一部分とを、共通のリソグラフィーのステップにおいて形成する、請求項10に記載の方法。
- 前記頂部プレートが、書き込みコイルを形成するのに用いられる材料を含み、かつ、前記頂部プレートと前記書き込みコイルの一部分とを、共通のリソグラフィーのステップにおいて形成する、請求項10に記載の方法。
- 磁気ヘッドであって、
基板の上部に配置される第1コンデンサと、
前記基板の上部に配置される第2コンデンサと、
を備え
前記第1および第2コンデンサは書き込みコイルに並列に接続され、
各前記コンデンサは、
平面状の底部プレートと、
前記底部プレートに平行な頂部プレートと、
前記頂部プレートおよび前記底部プレートの間に配置される誘電体層と、
を含み、
各前記コンデンサの前記底部プレートと前記基板との間の寄生キャパシタンスが前記磁気ヘッドの書き込み操作の間に存在し、
各前記コンデンサの寄生キャパシタンスは均衡しており、かつ、
各前記コンデンサは実質的に等しいキャパシタンスを有する、
磁気ヘッド。
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