KR100705853B1

KR100705853B1 - 수직 기록 헤드, 자기 기록 장치 및 데이터 저장 방법

Info

Publication number: KR100705853B1
Application number: KR1020027003467A
Authority: KR
Inventors: 드미트리 리트비노프; 사크라트 키즈로에프
Original assignee: 시게이트 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2007-04-10
Also published as: JP2003510739A; WO2001022407A1; JP4746232B2; KR20030024652A; EP1214709A1

Abstract

자기 기록 매체(30)로 사용하기 위한 수직 기록 헤드(10)는 주극(14)과 기록 매체 내에서 배경 자기장을 생성시키기 위하여 주극 말단부에 충분히 가깝게 위치된 자기장 소스(magnetic field source)를 포함한다. 주극을 둘러싸는 전도성 자화 코일(20)은 바람직하게는 자기장 소스로 사용된다. 자화 코일에 의하여 생성된 상기 배경 자기장은 배경 필드에 의하여 영향받는 부분 내의 자기 기록 매체의 보자력을 효율적으로 감소시킨다. 상기 기록 헤드는 높은 보자력/높은 이방성 자기 매체 상에 기록 가능하게 하고, 그에 의해 매우 높은 기록 밀도를 달성한다.

Description

수직 기록 헤드, 자기 기록 장치 및 데이터 저장 방법{A PERPENDICULAR RECORDING HEAD, A MAGETIC RECORDING APPARATUS AND A METHOD OF STORING DATA}

본 발명은 자기 저장 매체(magnetic storage media)와 함께 사용하기 위한 기록 헤드에 관한 발명으로, 특히 자기 매체 내에서 배경 자기장(background magnetic field)을 발생시키는 수직 기록 헤드(perpendicular recording head)에 관한 발명이다.

수직 자기 기록 헤드들은 하드 디스크 드라이브 시스템에서의 사용을 위해 개발되어 왔다. 수직 기록 헤드들의 어떤 예들은 Ashiki의 미국 특허 제4,438,471호, Bonin의 제4,541,026호, Toda의 제4,546,398호, Hosokawa의 제4,575,777호, Kanai의 제4,613,918호, Sawada의 제4,649,449호, Lazzari의 제4,731,157호, Kanamine의 제4,974,110호, Nakamura의 제5,738,927호 등에서 기술되어 있다.

하드 디스크 드라이브의 데이터 저장 밀도를 높이기 위하여, 증가된 자기적 이방성(magnetic anisotropy)을 갖는 자기 매체의 사용이 제안되어 왔다. 그러나, 매우 이방성인 매체는 예를 들면 5,000 Oe를 훨씬 상회하는 정도의 매우 높은 보자력(coercivity)을 나타낸다. 종래의 수직 자기 기록 헤드들은 그러한 높은 보자력을 갖는 매체 상에 기록을 할 수 없다.

본 발명은 위에서 언급한 문제점들을 고려하여 개발되었고, 또한 종래 기술의 다른 결점들을 해결하기 위하여 개발되었다.

본 발명은 자기 기록 매체 내에서 배경 자기장을 발생시키기 위하여 형성되고 위치된 자기장 발생 코일을 갖는, 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 자기 기록 헤드를 제공한다. 자기 기록 헤드는 바람직하게는 수직적 구성으로 이루어져 있다. 본 발명에 따라서, 수직 기록 헤드는 종래의 수직 기록 헤드들과 비교할 때 자기 기록 필드(magnetic recording field)를 증가시키는 보충적인 자기장을 발생시킨다. 그러한 사용에 제한되지 않음에도 불구하고, 본 발명의 수직 기록 헤드들은 특히 컴퓨터 하드 디스크 드라이브를 위하여 특히 유용하다.

전형적인 수직 기록 헤드는 주극(main pole), 자기적으로 주극에 결합(couple)된 반대극(opposing pole), 그리고 주극 주위의 전기전도성 자화 코일을 포함한다. 반대극의 바닥은 대체로 주극의 말단부(tip)의 표면적을 훨씬 상회하는 표면적을 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 자화 코일을 통한 전류 흐름은 주극 말단부를 통한 자속(flux)을 생성하고 또한 기록 매체 내에서 배경 자기장을 발생시킨다.

본 수직 기록 헤드와 결합하여 사용하기 위한 전형적인 자기 기록 매체는 비자기적인 전이대(nonmagnetic transition)에 의해 분리되어 있는 많은 자기적으로 투과적인(magnetically permeable) 트랙들을 가지는 상부층(upper layer)과 자기적으로 투과적인 하부 레벨을 포함한다. 하부 레벨은 트랙에 비하여 자기적으로 소 프트(soft)하다.

자기 기록 매체에 기록하기 위하여, 기록 헤드는 비행 높이(flying height)로 알려진 거리만큼 자기 기록 매체로부터 분리되어 있다. 기록 헤드가 자기 기록 매체의 트랙을 따르도록 자기 기록 매체는 기록 헤드를 지나 이동하는데, 이때 자기 기록 매체는 먼저 반대극 아래로 지나가고 그 다음에는 주극 아래로 지나간다. 자속(magnetic flux)을 주극 내에서 생성하기 위하여 전류는 코일을 통하여 흐른다. 자속은 주극 말단부로부터 트랙을 통하여, 하부층 안으로 그리고 반대극을 가로질러 통과한다. 주극 말단부에서 생성되는 자기장에 더하여, 보충적인 자기장이 본 발명에 따라 생성된다. 주극의 말단부와 코일로부터 조합된 자속은 트랙 내의 자기장이 기록 헤드의 자속과 일직선을 이루게 한다. 전류의 방향을 변화시키면 기록 헤드에 의하여 생성된 자속의 방향이 변화하게 되고 그러므로 자기 기록 매체 내의 자기장이 변화하게 된다.

본 발명의 관점은 말단부를 갖는 주극을 포함하는 수직 기록 헤드와, 자화 코일을 통하여 전류가 흐를 때 자기 기록 매체 내의 배경 자기장을 생성시키도록 주극 말단부에 충분히 가깝게 위치된 전기전도성 자화 코일을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 관점은 자기 기록 매체와 기록 헤드로 구성된 자기 기록 기구를 제공하는 것이다. 자기 기록 매체는 많은 데이터 저장 트랙을 갖는 상부층과 데이터 저장 트랙과 비교할 때 자기적으로 소프트한 하부층을 포함한다. 기록 헤드는 말단부를 가지는 주극과, 기록 헤드가 자기 기록 매체 위에서 비행 높이에 위치되고 전류가 자화 코일을 통하여 흐를 때 자기 기록 매체 내에서 배경 자기장을 생성하도록 주극 말단부에 충분히 가깝게 위치된 전기전도성 자화 코일을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점은 자기 저장 매체 상에 데이터를 저장하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 자기적으로 투과적인 주극을 제공하는 단계, 주극에 인접한 자기 저장 매체를 제공하는 단계, 주극으로부터 자기 저장 매체로 자속을 향하게 하는 단계, 그리고 더하여 자기 저장 매체 내에서 배경 자기장을 생성시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 이런 그리고 다른 관점들은 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 거리가 증가함에 따라 자기장의 세기가 대폭적으로 감소함을 보여주는, 종래의 수직 기록 헤드의 공기 베어링 표면(air bearing surface, ABS)으로부터의 거리 대 자기장의 세기의 그래프이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 배경 자기장을 생성하는 코일을 포함하는 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 측단면도이다.

도 3은 도 2의 기록 헤드의 부분의 확대도이다.

도 4는 수직 기록 헤드 극 말단부와 본 발명의 실시예에 따른 자기 코일 구성의 부분적으로 도식적인 측단면도이다.

도 5는 수직 기록 헤드 극 말단부와 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기 코일 구성의 부분적으로 도식적인 측단면도이다.

도 6은 배경 자기장의 생성이 있는 경우와 없는 경우의 수직 기록 헤드의 자속 밀도를 비교하는 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따라 배경 자기장을 생성하기 위한 테스트 장치의 부분적으로 도식적인 측단면도이다.

도 8은 도 7에서 도시된 테스트 장치의 효율성을 보여주는, 시간 대 재생(playback) 레벨의 그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드를 제공한다. 여기에 사용된 바와 같이, 기록 헤드는 판독 및/또는 기록 동작에 적합한 헤드를 의미한다.

본 발명은 종래의 하드 디스크 드라이브 시스템에 있는 어떤 문제를 극복하기 위하여 개발되어 왔다. 그런 시스템에서 사용된 과립의 자기 기록 매체(granular magnetic recording media)는 그레인(grain)의 이방성 에너지(anisotropy energy; K_u x V, 여기서 V는 그레인 부피)가 열 진동 에너지(thermal fluctuation energy) kT에 비교될 정도가 될 때 초상자성 불안정성(superparamagnetic instability)에 종속된다. 기록 밀도에 있어서의 개선은 그레인 크기의 지속적인 미세화를 요구한다. 더 높은 이방성의 물질들은 매체를 열적으로 안정하게 유지하기 위하여 바람직하다. 예로써, Co₅₀Pt₅₀의L10 상(phase)은 이방성 에너지 K_u = 4 x 10⁶ J/m³을 가진다(CoCr 매체의 K_u = ~10⁵J/m³을비교해 보라). 그런 높은 이방성은 그레인이 열적으로 불안정하게 되는 임계 크기를 1nm 이하로 감소시킨다. 기록 매체를 위한 이런 물질들의 이용은 잠재적으로 기록 밀도를 충분히 100 Gbit/in² 넘어서까지 확장시킬 수 있다. 그러나, 높은 이방성 매체의 이용을 방해하는 주요 장애물은 그런 매체가 예를 들면, 5,000 Oe를 초과할 정도의 예외적으로 높은 보자력을 보인다는 점이다.

종래의 수직 기록 헤드들에 의해 생성된 필드(field)의 크기는 요크(yoke) 물질의 포화 모멘트(saturation moment)에 의해 제한된다. 도 1은 극 물질로서 FeAlN(2 테슬라(Tesla)의 포화 모멘트)을 이용하는 종래의 단일극 수직 헤드를 위한 극 말단부로부터 또는 공기 베어링 표면(ABS)으로부터의 거리에 대한 자기장의 세기의 의존성을 보여주는 그래프이다. 공기 베어링 표면으로부터 15nm 이상의 거리에서는, 필드는 5,000 Oe 아래로 떨어진다. 이 배열은 그러므로 5,000 Oe 그리고 그 이상의 보자력을 갖는 매체에 기록하기 위하여는 충분치 않다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 단일극 수직 기록 헤드(10)를 도식적으로 보여준다. 상기 수직 기록 헤드(10)는 NiFe, CoZrNb, CoZrTa, CoNiFe, FeAlN, FeTaN, CoFe, CoFeB 또는 어떤 다른 소프트 자기 물질들과, 그런 물질들의 많은 층들 또는 적층물(laminate)들을 포함하는 물질과 같은 자기적으로 투과적인 물질로 만들어진 요크(12)를 포함한다. 주극(14)은 요크(12)로부터 연장되고 주극 말단부(16)를 포함한다. 주극(14)은 NiFe, FeAlN, FeTaN, CoFe, CoFeB, CoFeN 또는 이러한 물질들의 다중 층들을 포함하는 임의의 다른 소프트 자기 물질들과 같은, 임의의 적절한 자기적으로 투과성 물질로 이루어질 수 있다. 반대극(18)은 주극(14)에 자기적으로 결합되어 있다. 본 발명에 따라서, 전기전도성 자화 코일(20)은 요크(12)와 주극(14)을 둘러싼다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 자화 코일(20)은 주극 말단부(16)에 가깝게 위치된다. 전류는 전기적 연결(22)을 통해서 상기 코일(20)에 공급된다. 자화 코일(20)은 Cu, Ag, Au 또는 어떤 다른 높은 전도성 물질 또는 합금들과 같은 어떤 적합한 전기전도성 물질로 만들어질 수 있다.

도 2에서 도시된 바와 같이, 수직 기록 헤드(10)는 하드 자기 기록층(hard magnetic recording layer, 30)와 소프트 자기 하층(soft magnetic underlayer, 32)를 포함하는 자기 저장 매체 위에 위치된다. 다이아몬드 구조 탄소(diamond-like carbon)와 같은 보호막(protective overcoat, 33)은 기록층(30) 위에 가해진다. 기록 동작 동안, 자기 매체는 도 2에 도시된 화살표의 방향으로 운동한다.

기록층(30)은 CoCrPt, CoCrPtTa, CoCrPtB, CoCrPtTaNb 또는 다른 높은 이방성 육방정계 Co-함유(Co-containing) 합금들과 같은 어떤 적합한 하드(hard) 자기 물질로 만들어질 수 있다. 기록층(30)은 CoPt, FePt, CoPd, FePd 또는 다른 높은 이방성 L10 물질들을 포함할 수도 있다. Co/Pd, CoB/Pd, CoCr/Pd, CoCrPt/Pd, CoCrPd/Pt, CoB/Pt, Co/Pt, CoCr/Pt, Fe/Pd 그리고 Fe/Pt와 같은 높은 이방성 물질들은 또한 기록층(30)으로서 사용될 수 있다. 더욱이, 바륨 페라이트(Ba ferrite) 같은 높은 이방성의 페라이트들은 기록층(30)으로 사용될 수 있다. 기록층(30)을 위한 바람직한 물질들은 CoPt, FePt, CoPd와 FePd, 그리고 Co/Pt와 Co/Pd의 다중층(multilayer)과 같은 L10 물질들을 포함한다. 기록층은 예를 들면 약 10⁶J/m³ 이상의, 상대적으로 높은 이방성 에너지 K_u를 가질 수 있다. 예를 들면, 약 10⁶J/m³ 내지 약 10⁸J/m³의 이방성 에너지 K_u 레벨을 가지는 기록층들이 사용될 수 있다. 기록층은 또한 5,000 Oe 이상의, 예를 들면 8,000 Oe 또는 10,000 Oe 이상의 상대적으로 높은 보자력을 가질 수 있다. 하층(32)은 FeAlN, FeTaN, CoFe, CoFeB, CoFeN와 같은 어떤 소프트 자기 물질 또는 다른 높은 모멘트의 소프트 자기 물질 또는 그런 물질들의 다중층으로 구성된 소프트 자기 필름들로 만들어질 수 있다.

도 3은 요크(12), 주극(14) 그리고 자화 코일(20)의 치수 세부(dimensional details)를 보여주는, 도 2의 수직 기록 헤드(10)의 부분 확대도이다. 자화 코일(20)은 요크(12) 또는 주극(14)의 세로축의 중심으로부터 측정된 반경 치수 R을 가진다. 코일(20)은 주극(14)의 세로축과 평행한(기록층(30)의 표면에 수직인) 방향으로 측정하여 주극 말단부(16)로부터 거리 D에 위치한다. 주극 말단부(16)는 보호층(33)의 상부 표면 위의 비행 높이 H에 위치된다. 주극 말단부(16)는 바람직하게는 기록 헤드(10)의 공기 베어링 표면의 부분을 형성한다. 자화 코일(20)은 주극(14)의 세로축과 평행한 방향으로 측정하여 기록층(30)의 상부 표면으로부터 거리 Z에 위치된다. 거리 Z는 거리 D와 H를 합과 보호층(33)의 두께를 더한 결과와 일치한다. 도 3에서 또한 도시된 바와 같이, 요크(12)는 바람직하게는 주극(14)의 두께 T_p보다 두꺼운 두께 T_y를 가진다.

치수 R, D, H, Z, T_y 그리고 T_p는 전류가 코일(20)을 통하여 흐를 때 기록층(30) 내에 충분한 배경 자기장을 생성하도록 본 발명에 따라 바람직하게 선 택된다. 많은 수직 기록 헤드 구성들에 대해, R은 바람직하게는 약 0.1부터 약 5 마이크론(micron)까지의 범위를 가지고, D는 약 0.1부터 약 5 마이크론까지의 범위를 가지며, H는 0부터 약 0.1 마이크론까지의 범위를 가지고, Z는 약 0.1부터 약 5 마이크론까지의 범위를 가진다. 요크의 두께 T_y는 대체로 약 0.1부터 약 5 마이크론, 바람직하게는 약 0.1부터 약 1 마이크론까지일 수 있다. 주극 두께 T_p는 약 0.01부터 약 0.5 마이크론, 바람직하게는 약 0.01부터 약 0.1 마이크론까지일 수 있다.

본 발명에 따라서, 코일 반경 치수 R의 거리 D에 대한 비율은 아래에서 더욱 충분히 기술되는 바와 같이, 기록층(30) 내의 목적하는 배경 자기장을 생성하기 위해 바람직하게 제어된다. R:D의 비율은 대체로 약 1:1에서 약 10:1의 범위를 가지고, 바람직하게는 약 1:1에서 약 5:1의 범위를 가진다. 요크 두께 T_y의 극 두께 T_p에 대한 비율 또한 제어된다. T_y:T_p의 비율은 바람직하게는 약 1:1에서 약 10:1의 범위를 가진다. 더욱 바람직하게는, T_y:T_p의 비율은 약 2:1에서 약 5:1의 범위를 가진다.

도 2와 도 3에서 도시된 자화 코일(20)이 단일한 고리 형태의 와인딩(circular winding)으로 구성되어 있으나, 많은 와인딩들 및/또는 다른 코일 모양이 사용될 수 있다. 예를 들면, 코일(20)은 대안으로서 정사각형, 직사각형, 나선형, 직선형 등일 수 있다. 유사하게, 요크(12)와 주극(14)의 단면 모양은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 기타의 것일 수 있다. 자화 코일(20)은 바람직하게는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 요크(12)와 주극(14)을 둘러싼다. 그러나, 상기 코일은 충분한 배경 자기장이 생성되는 한, 헤드(10) 상의 다른 곳에 위치될 수 있다. 더욱이, 바람직하지 않음에도 불구하고, 이 코일(20)을 대체하여 또는 이에 추가되어 사용될 수 있다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 다른 코일 구성들을 도식적으로 보여준다. 도 4에 도시된 실시예에서, 전기전도성 자화 코일(24)은 둘러싸면서 요크(12)의 외곽 표면에 직접 인접하여 위치된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 전기전도성 자화 코일(26)은 둘러싸면서 요크의 외곽 표면 주위의 연장된 오목부(recess, 28)에 내장된다. 도 4와 도 5에서, 자화 코일(24, 26) 각각은 요크(12) 주위의 단일 와인딩으로 도시된다. 대체적으로(alternatively), 많은 코일 와인딩들이 사용될 수 있다. 도 4와 도 5에서 도시된 자화 코일(24, 26)이 정사각형의 단면을 가짐에도 불구하고, 직사각형, 원형 등과 같은 어떤 다른 적합한 단면 모양이 사용될 수 있다. 자화 코일(20, 24, 26)의 단면의 두께는 대체로 약 0.01부터 5 마이크론의 범위를 가지고, 바람직하게는 약 0.01부터 2 마이크론의 범위를 가진다.

도 2부터 도 5에 도시된 실시예에서, 주극 말단부(16)는 평평한 표면으로 구성된다. 대체적으로, 본 설계는 여기서 참조로서 편입된, "오목 말단부를 포함한 수직 기록 헤드(Perpendicular Recording Head Including Concave Tip)"라는 명칭으로 2000년 9월 19일에 제출된 미국 특허 출원에서 기술된 오목한 극 말단부들과 같은 오목한 극 말단부 설계를 갖는 수직 헤드와 결합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 자화 코일(20)에 공급되는 전류량은 기록층(30)에서 원하는 배경 자기장의 세기를 생성하도록 제어된다. 배경 자기장은 대체로 100 가우스(Gauss)보다 크고, 바람직하게는 1,000 또는 2,000 가우스보다 더 크다. 기록층(30)의 자기 성질에 따라서, 배경 자기장은 기록층(30)에서 대체로 약 100에서 약 20,000 가우스의 범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 약 1,000에서 약 15,000 가우스의 범위를 가질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 약 5,000에서 약 10,000 가우스의 범위를 가질 수 있다. 상기 배경 자기장은 기록층(30)의 보자력을 효율적으로 감소시킨다. 기록층(30)의 보자력은 H_c로 정의될 수 있고, 상기 배경 자기장은 H_b로 정의되는 더 낮은 값으로 보자력 H_c를 효율적으로 감소시킨다. H_b:H _c의 비율은 바람직하게는 약 1:10에서 약 9:10의 범위를 가지고, 더욱 바람직하게는 약 3:10에서 약 8:10의 범위를 가진다. 특별히 바람직한 실시예에서, H_b:H_c의 비율은 약 5:10이다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 배경 자기장 H_b의 레벨은 주극 말단부(16)에서 생성된 자기장 H_p의 세기에 관하여 제어된다. 바람직하게는, H_b:H_c의 비율은 약 1:10에서 약 10:1이고, 더욱 바람직하게는 약 4:10에서 약 3:1이다. 특별한 예로써, 10,000 Oe의 보자력을 갖는 기록층 상에는 5,000 Oe의 극 말단부 보자력 H_p와 8,000 Oe의 배경 보자력 H_b를 생성시키는 본 발명의 기록 헤드로 기록된다. 그러므로, 극 말단부로부터 생성된 자속이 홀로 기록층 상에 기록하기에 충분치 않은 경우라도, 배경 자기장은 기록층의 동적인 보자력을 효율적으로 감소시키기에 충분하고, 이에 의하여 기록층에 기록되는 것이 가능해진다.

극 말단부가 완전히 포화되지 않는 한, 자속은 주로 극 말단부에 집중된다. 단일극 헤드를 동작시키는 표준 방법은 극 말단부를 완전히 포화시키는 전류값 I_SAT를 정하는 것이다. 포화된 극에 의하여 생성된 필드는 집중되고(localized) 기록층 내의 필드의 그래디언트(gradient)가 최소의 비트 셀 크기(minimum bit cell size)를 결정한다. 만약 코일 내의 전류가 ΔI(ΔI = I - I_SAT)만큼 더욱 증가한다면, 잉여의 발생된 자속은 극 말단부에 더 이상 가두어지지 않을 것이다. 추가적인 필드 ΔB의 크기는 ΔI에 비례할 것이다. 필드의 자속 상기 기록층 내에서 그 크기가 기록층에 코일이 상대적으로 근접해 있기 때문에 코일의 직경에 의해 결정되는 매우 넓은 지역에 걸쳐 퍼져 있을 것이다. ΔB의 크기는 코일 내의 전류에 의해 미세 조정될 수 있다. 한 번 감은 코일을 위하여 ΔB의 크기는 다음과 같이 주어진다:

,

여기서 R은 코일의 반경이고 z는 코일로부터 하드 층까지의 거리이다. R = 0.2㎛이고 z = 0.1㎛인 경우에, 1테슬라(10,000 Oe)를 초과하는 배경 필드는 한 번 감은 코일이 사용된다면 약 25 Oe/mA의 해상도로 400mA만큼 작은 전류로 생성될 수 있다.

추가적인 배경 필드 ΔB의 존재는 상기 기록층의 보자력을 효율적으로 감소시킨다. 이는 이용가능한 소프트 물질들에 기초를 둔 헤드를 사용하는 높은 보자력의 매체 상에 기록할 수 있게 해 준다. 높은 데이터 전송률(data rate) 때문에, 동적인 보자력이 정적인 보자력보다 상당히 높기 때문에 동적인 보자력이 그러한 배경 필드의 도입에 의해 영향받을 것이다.

도 6은 암페어(Ampere) 단위인 코일 전류의 다른 값들에 대하여, 자기장 시뮬레이션 결과를 이 바운더리 엘리먼트 솔버(boundary element solver)를 사용하여 보여준다. I = 50mA(=I_SAT)와 I = 200mA(ΔI = 150mA)에서의 필드 프로필(field profile)이 주어진다. 포화 전류 I_SAT에 더한 전류의 추가된 150mA는 4,000 Oe의 배경 필드를 생성한다. 이 배경 필드는 이전의 기록된 비트 패턴을 삭제하기 위해 충분히 높지는 않을 것이나, 극 말단부의 기록 필드를 효율적으로 증가시키고, 다른 말로 하면, 유효 매체 보자력을 감소시킨다.

본 설계의 수행을 확인하기 위하여 테스트가 실행된다. 도 7은 도식적으로 상기 테스트를 보여준다. 극 말단부(36)나 기록계의 공기 베어링 표면으로부터 멀리 떨어져 위치된 자화 코일(35)을 갖는 종래의 수직 기록계(34)가 만약 코일이 공기 베어링 표면에 매우 근접하여 위치되었다면 코일로부터 배경 필드를 시뮬레이션하기 위해 외부 필드 소스(external field source, 38)(2,000 Oe를 초과하는 스트레이 필드(stray field)를 생성할 수 있는 강한 희토류 계의 영구 자석)와 결합하여 사용되었다. 상기 기록 테스트는 8,000 Oe를 초과하는 보자력을 갖는, FeAlN의 소프트 하층 상의 Co/Pd의 20개의 층들로 구성된 다중층 수직 매체(multilayer perpendicular media, 30) 상에서 실행되었다. 첫 번째로, 상기 매체는 큰 전자석을 사용하여 생성된 강한 자기장 내에서 DC 포화되었다(DC 삭제되었다). 기대된 바와 같이, 소자 필드(demagnetizing field) 때문에, DC 포화된 매체로부터 스트레이 필드가 방사되지 않게 되어 제로 신호 판독(zero signal read-out)의 결과가 된다. 그 다음으로, 종래의 수직 기록계로 기록하려고 했으나, 기록 필드의 불충분한 크기로 인해 실패하였다. 기록 실패는 판독 신호의 부재로 인해 확인되었다. 마지막으로, 작은 영구 자석은 도 7에 도식적으로 도시된 바와 같이, 매체에 매우 근접한 기록 헤드 위에 위치되었고, 또 다른 기록 시도가 수행되었다. 도 8에 도시된 상기 결과들은 기록 매체의 이방성이 배경 자기장의 부가에 의하여 효율적으로 일시 감소된다는 것을 증명한다.

본 기록 시스템은 매체의 보자력을 효율적으로 감소시킨다. 이는 기록층에 근접하여 위치된 자화 코일을 이용하여 배경 필드를 생성함으로써 달성된다. 이 기록 시스템은 예를 들면, 100Gbit/in²을 초과하는 매우 높은 기록 밀도를 지원할 수 있는 높은 보자력/높은 이방성 매체 상에 기록을 가능하게 해 준다. 그러므로 높은 기록 밀도는 기록 과정에서 큰 변화의 필요없이 달성될 수 있다.

이 발명의 특별한 실시예가 예증을 위해 위에서 기술되었는데, 본 발명의 세부 사항들의 수많은 변화들이 청구범위에서 정해진 상기 발명으로부터 분리되지 않고 가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims

자기 기록 매체(magnetic recording media)와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드(perpendicular recording head)로서,

말단부(tip)를 갖는 주극(main pole);

상기 주극에 접속된 요크(yoke) - 상기 요크는 상기 주극의 두께 보다 더 큰 두께를 가짐 -; 및

상기 요크를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기전도성 자화 코일(magnetizing coil) - 상기 자화 코일은 상기 자화 코일을 통해 전류가 흐를 때 상기 자기 기록 매체 내에 배경 자기장(background magnetic field)을 생성하도록 상기 주극 말단부에 충분히 가깝게 위치되고, 상기 자화 코일을 통해 흐르는 전류는 상기 주극 말단부의 자기 포화를 유도하기에 충분하며, 상기 포화된 주극 말단부로부터 생성되는 자기장과 상기 배경 자기장의 조합은 상기 자기 기록 매체 상에 기록되기에 충분함 -

을 포함하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 자화 코일은 적어도 부분적으로 상기 주극을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 2 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 주극 주위에 단일 와인딩을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 요크의 외부 표면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 요크의 외부 표면에 직접적으로 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 요크의 외부 표면 내에 적어도 부분적으로 내장되는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 주극 두께에 대한 상기 요크 두께의 비율은 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 주극 두께에 대한 상기 요크 두께의 비율은 약 2:1 내지 약 5:1인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 2 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 주극에 의해 정해진 축으로부터 측정된 반경 치수 R을 갖고, 상기 자화 코일은 상기 주극의 축과 평행한 방향으로 상기 자화 코일로부터 상기 주극 말단부까지 측정되는 극 말단부 거리 D를 가지며, 상기 R:D의 비율은 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 12 항에 있어서,

상기 R:D의 비율은 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 12 항에 있어서,

상기 반경 치수 R은 약 0.1 내지 약 5 마이크론인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 12 항에 있어서,

상기 극 말단부 거리 D는 약 0.1 내지 약 5 마이크론인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 배경 자기장은 100 가우스(Gauss)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 배경 자기장은 1,000 가우스보다 큰 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 배경 자기장은 2,000 가우스보다 큰 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 배경 자기장은 약 5,000 가우스 내지 약 10,000 가우스인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 1 항에 있어서,

상기 배경 자기장은 세기 H_b를 가지고, 상기 주극 말단부에서 생성된 자기장은 세기 H_p를 가지며, H_b:H_p의 비율은 약 1:10 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
제 20 항에 있어서,

상기 H_b:H_p의 비율은 약 4:10 내지 약 3:1인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
삭제
자기 기록 장치로서,

다수의 데이터 저장 트랙들을 가지는 상부층, 및 상기 데이터 저장 트랙들에 비해 자기적으로 소프트(magnetically soft)한 하부층을 포함하는 자기 기록 매체; 및

말단부를 갖는 주극, 상기 주극의 두께보다 더 큰 두께를 가진 상기 주극에 접속된 요크, 및 상기 요크를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기전도성 자화 코일을 포함하는 기록 헤드 - 상기 전기전도성 자화 코일은 상기 기록 헤드가 상기 자기 기록 매체 위에서 비행 높이(flying height)로 위치되고 상기 자화 코일을 통해 전류가 흐를 때, 상기 자기 기록 매체 내에 배경 자기장을 생성하도록 상기 주극 말단부에 충분히 가깝게 위치되고, 상기 자화 코일을 통해 흐르는 전류는 상기 주극 말단부의 자기 포화를 유도하기에 충분하며, 상기 포화된 주극 말단부로부터 생성되는 자기장과 상기 배경 자기장의 조합은 상기 자기 기록 매체 상에 기록되기에 충분함 -

를 포함하는 자기 기록 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 자화 코일은 적어도 부분적으로 상기 주극을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.
삭제
제 24 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 주극에 의해 정해진 축으로부터 측정된 반경 치수 R을 갖고, 상기 주극의 축과 평행한 방향으로 상기 자화 코일로부터 상기 주극 말단부까지 측정되는 극 말단부 거리 D를 가지며, R:D의 비율은 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.
제 24 항에 있어서,

상기 배경 자기장은 세기 H_b를 가지고, 상기 주극 말단부에서 생성된 자기장은 세기 H_p를 가지며, H_b:H_p의 비율은 약 1:10 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 자화 코일은 상기 전류가 상기 자화 코일을 통해 흐를 때 생성되는 상기 배경 자기장과 더불어 상기 주극 말단부에서 자기장을 생성하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.
자기 저장 매체 상에 데이터를 저장하는 방법으로서,

말단부를 갖는 자기적으로 투과적인(magnetically permeable) 주극을 제공하는 단계;

상기 주극에 접속된 요크를 제공하는 단계 - 상기 요크는 상기 주극의 두께보다 더 큰 두께를 가짐 -;

상기 주극 말단부에 인접하게 상기 요크를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기전도성 자화 코일을 제공하는 단계;

상기 주극 말단부에 인접하게 자기 저장 매체를 제공하는 단계;

상기 주극 말단부의 자기 포화를 유도하기에 충분하게 상기 자화 코일을 통해 전류를 흐르게 하는 단계;

상기 포화된 주극 말단부로부터 상기 자기 저장 매체를 향해 자기장을 유도하는 단계; 및

상기 자화 코일로부터 상기 자기 저장 매체 내에 부가적으로 배경 자기장을 생성하는 단계 - 상기 포화된 주극 말단부로부터의 자기장과 상기 배경 자기장의 조합은 상기 자기 기록 매체 상에 기록되기에 충분함 -

를 포함하는 데이터 저장 방법.