KR100846237B1 - 가변 길이의 갭을 갖는 수직 자기 기록 헤드 - Google Patents

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Abstract

지기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드(50, 56, 60)는 상기 자기 기록 매체의 작은 면적 상에 자기 플럭스를 집중시키는, 제 1 자극(magnetic pole)(51, 57, 61)과 제 2 자극(52, 58, 62) 사이의 비균일 갭(54, 59, 64)을 포함한다. 상기 비균일 갭은 바람직하게는 원하는 플럭스 패턴을 생성하기 위해 윤곽진 공동의 형태이다. 상기 비균일 갭과 결합된 수직 기록 헤드는 개선된 기록 밀도를 가질 수 있다.

Description

가변 길이의 갭을 갖는 수직 자기 기록 헤드 {LONGITUDINAL MAGNETIC RECORDING HEADS WITH VARIABLE-LENGTH GAPS}
본 발명은 자기 기록 헤드(magnetic recording head)에 관한 발명이고, 보다 상세하게는, 고밀도 기록(recording at high densities)을 위한 박막 수직 기록 헤드(thin-film longitudinal recording head)에 관한 발명이다.
수직 기록 헤드와 결합된 자기 하드 디스크 드라이브(hard disk drive)는 잘 알려져 있다. 그러나, 종래의 수직 기록 헤드는 예를 들면 40Gbit/in2을 초과하는 고밀도 기록에서 트랙(track)의 폭이 상대적으로 크다는 불리함을 겪고 있다. 특히, 헤드의 갭 길이(gap length)의 2배와 헤드 트랙의 폭의 합보다 작은 트랙의 폭은 형성될 수 없다. 이러한 한계는 트랙에 걸쳐 트랙의 양면으로부터 갭 길이 정도의 거리를 두고 퍼져있는 측면 테두리 자기장(side fringing magnetic field)에서 기인한다. 상기 갭 길이를 감소시키는 것은 이러한 특징적인 측면 테두리 영역을 줄인다. 그러나, 갭 길이가 감소함에 따라, 트랙에 따른 기록 매체의 영역 내의 상기 자기장도 또한 감소된다. 예를 들어, 50nm의 갭 길이에서, 높은 모멘트(moment)(4πMs ~ 20 kG)의 자극단(pole tip) 물질이 사용된다고 가정하면, 10nm의 비행 높이(flying height)에서의 최대의 동일 평면 필드(in-plane field)가 10,000 Oe보다 작게 된다. 이 필드는 그런 높은 밀도를 위해 충분히 명확한 전이(transition)를 기록하는데 충분한 것은 아니다. 그런 고밀도에서 기록 매체는 5,000 Oe 이상의 동적인 보자력(dynamic coercivity)을 가지도록 기대되고, 대략 2배의 보자력이 충분히 한정된 전이를 기록하기 위해 요구된다. 그러므로, 갭 길이의 감소에는 트레이드오프(trade-off)가 있다.
트레이드오프 최적화는 종래의 수직 기록 헤드 링 구조(longitudinal recording head ring structure)를 사용하여 최대의 면적당 기억용량(areal density)이 달성 가능한 최소의 갭 길이가 대략 50nm라고 지시한다. 그러므로, 달성 가능한 최소의 트랙 폭은 대략 50nm + 2 x 50nm = 150nm이다. 트랙의 오기(misregistration)를 20퍼센트로 고려하면, 최소의 트랙 피치(track pitch)가 대략 180nm가 된다. 2:1 비트 셀(bit cell)을 가정하면, 달성될 수 있는 최대의 면적당 기억용량이 대략 40Gbit/in2이다.
Cohen이 받은 미국 특허 제5,621,595호는 갭 영역에서 측면 테두리 자기장을 감소시키는 것으로 언급된 핀치 갭(pinched gap)을 갖는 자기 기록 헤드(magnetic recording head with a pinched gap)를 개시한다. 상기 개시된 핀치 갭 설계는 측면 테두리 필드를 감소시키나, 트랙 영역의 필드도 또한 상당히 감소되어, 높은 보자력의 매체에 기록할 수 없게 된다. 더욱이, 상기 핀치 갭 설계는 기록 전류에 매우 민감하다.
본 발명은 앞서 말한 관점에서 개발되었고, 종래 기술의 다른 결점을 해결할 수 있다.
본 발명은 수직 기록 헤드의 제 1 극과 제 2 극 사이에 비균일 또는 윤곽진 갭(non-uniform or contoured gap)을 제공한다. 상기 갭은 자기장의 세기와 프로파일(profile)이 자기 플럭스(magnetic flux)가 갭 영역에 집중되게끔 하는 방식으로 제어되게 해 준다. 그에 의하여, 강한 국부화된(localized) 자기장은 갭 아래의 자기 기록 영역 내에서 생성된다. 종래의 수직 기록 헤드 설계에 본질적인 변화를 줄 필요를 피하는 한편, 본 발명의 비균일 갭(non-uniform gap)의 사용은 데이터 저장 밀도를 상당히 상승시킨다.
본 발명의 관점은 제 1 극과 제 2 극 및, 상기 제 1 극과 제 2 극에 의해 정해지는 비균일 갭을 포함하는 수직 기록 헤드를 자기 기록 매체로 사용하도록 제공되는 것이다.
또다른 본 발명의 관점은 자기 기록 매체로 사용하기 위해 수직 기록 헤드의 제 1 극과 제 2 극 사이에 갭을 만드는 방법을 제공한다. 상기 방법은 인접한 제 1 극과 제 2 극을 제공하는 단계와, 제 1 극과 제 2 극 사이에 공동(cavity)을 생성하는 단계를 포함한다.
또다른 본 발명의 관점은 자기 저장 매체(magnetic storage medium) 상에 데이터를 저장하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 그 사이에서 갭을 정하는 자기적으로 투과가능한(magnetically permeable) 제 1 극과 제 2 극을 제공하는 단계, 상기 제 1 극과 제 2 극에 인접하여 자기 저장 매체를 제공하는 단계, 그리고 상기 자기 저장 매체 내에 집중된 자기장을 생성하기 위해 상기 갭의 부근에 상기 제 1 극과 제 2 극 사이에 자기 플럭스를 집중시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 이런 그리고 다른 관점들은 이하의 설명에서 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명이 사용되기 위한 전형적인 컴퓨터 하드 디스크 드라이브의 상면도(top view)로, 상부 하우징(housing) 부분이 제거된 디스크 드라이브를 도시한다.
도 2는 균일 갭을 갖는 종래의 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 하면도(bottom view)이다.
도 3은 측면 실드(side shield)들과 함께 균일 갭을 갖는 종래의 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 하면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공동 형태의 비균일 갭을 포함하는 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 하면도이다.
도 5는 종래의 균일 갭의 기록 헤드와 본 발명의 실시예에 따른 비균일 갭의 기록 헤드에 대한 트랙 폭에 걸친 자기장의 세기의 그래프이다.
도 6a와 도 6b는 각각 균일 갭을 갖는 종래의 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 측면도와 하면도이다.
도 7a와 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 타원 모양의 공동 형태의 비 균일 갭을 갖는 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 측면도와 하면도이다.
도 8a와 도 8b는 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 내향하게 굴곡진 측벽(inwardly curved sidewall)을 갖는 부분적으로 타원 모양인 공동 형태의 비균일 갭을 갖는 수직 기록 헤드의 부분적으로 도식적인 측면도와 하면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비균일 갭을 갖는 수직 기록 헤드에 대한 트랙 폭에 걸친 자기장의 세기의 그래프이다.
도 10a와 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 수직 기록 헤드 내의 비균일 갭을 생산하기 위한 제조 단계를 도시하는 부분적으로 도식적인 하면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 수직 기록 헤드를 생산하기 위해 사용되는 집속된 이온 빔 다이렉트 에칭 장치(focused ion beam direct etching apparatus)의 부분적으로 도식적인 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 극 헤드 사이의 공동 형태의 비균일 갭을 포함하는 수직 기록 헤드의 현미경 사진(photomicrograph)이다.
본 발명은 도 1에 도시된 것 중 하나인, 컴퓨터를 위한 하드 디스크 드라이브(10)에 사용되는 최근에 알려진 수직 기록 헤드에 관련하여 설명된다. 여기에 사용된 바와 같이, "기록 헤드"는 판독 및/또는 기록 동작을 위한 적절한 헤드를 의미한다. 하드 디스크 드라이브(10)는 상기 디스크 드라이브(10)의 다양한 구성요소들을 포함하고 위치시키도록 치수 조절되고 구성된(dimensioned and configured) 하우징(12)(본 도면에서 명확한 도시를 위해 상부는 제거되고 하부가 도시되었음)을 포함한다. 상기 디스크 드라이브(10)는 하우징 내의 적어도 하나의 자기 저장 매체(16) - 이 경우에는 자기 디스크 - 를 회전시키기 위한 스핀들 모터(spindle motor, 14)를 포함한다. 적어도 하나의 암(arm, 18)이 하우징 내에 포함되는데, 각 암(18)은 수직 기록 헤드를 갖는 제 1 단부(end, 20)와 베어링(bearing, 26)에 피봇가능하게(pivotally) 올려진 제 2 단부(24)를 가진다. 이동가능한 직류 모터와 같은 액추에이터 모터(actuator motor, 28)는 암의 제 2 단부(24)에 위치되는데, 이 모터는 암(18)이 디스크(16)의 원하는 섹터(sector) 위에 헤드(22)를 위치시키도록 선회한다. 상기 액추에이터 모터(28)는 도시되지는 않았으나, 공지된 제어기에 의해 조정된다.
기록은 기록 헤드가 디스크 상의 트랙의 적절한 섹터 상에 위치되도록 하기 위해 기록 헤드(22)에 대하여 디스크(16)를 회전시킴으로써 달성된다. 디스크(16)로부터의 판독은 같은 헤드(22)를 사용하거나, 기록 헤드(22)에 인접한 별개의 판독 헤드로 달성될 수 있다. 각각의 자기장이 디스크(16)의 자기층 내에서 서로 너무 가깝다면, 자기 저장 매체에 기록하는 것은 디스크 상의 원하는 위치에 영향을 줄 뿐만 아니라, 이웃의 위치에도 영향을 미친다. 그러므로, 인접한 섹션(section) 내의 플럭스 밀도를 최소화하는 동시에 트랙의 원하는 섹터 내에서 플럭스 밀도를 최대화하는 것은 트랙이 더욱 작아질 수 있게 해 주고, 그에 의해 디스크 내에 많은 트랙이 들어갈 수 있도록 해 주며, 디스크가 추가 정보를 저장할 수 있도록 해 준다. 부가적으로, 기록 헤드(22)의 바로 아래의 트랙에만 플럭스 밀도를 집중하는 것은 트랙 내에서 같은 플럭스 밀도가 보다 적은 전력 레벨에 의하여 달성되게끔 해 준다. 대체적으로, 자기 플럭스의 집중은 같은 전력 레벨에서 플럭스 밀도를 증가시키고, 그에 의하여 같은 전력 레벨에서 트랙이 보다 자성적으로 하드하도록(magnetically harder)(더 높은 보자력을 가지도록) 해 준다.
균일 갭(34)을 정하는 제 1 극과 제 2 극(31, 32)을 갖는 종래의 수직 기록 링 헤드(longitudinal recording ring head, 30)가 도 2에 도시된다. 상기 갭(34)은 트랙 폭 W에 걸쳐 균일한 길이 L를 가진다. 도 2의 종래의 헤드(30)에 의하여 발생되는 측면 테두리 필드를 감소시키기 위한 하나의 제안된 접근법은 도 3에 도시된 바와 같이, 갭 영역에서 측면 실드를 생성하는 것이다. 도 3의 헤드(40)는 트랙 폭 W에 걸쳐 균일한 길이 L를 갖는 갭(44)을 정하는 제 1 극과 제 2 극(41,42)을 포함한다. 측면 실드(46a, 46b)들은 상기 갭(44)에 걸쳐 제공된다. 측면 실드(46a, 46b)들 때문에, 자기 플럭스는 실드된 영역을 통하여 흐르려는 경향을 가지고, 그에 의하여 측면 테두리 필드를 감소시킨다.
포화점에서의 도 2와 도 3에 도시된 일반적 헤드와 실드된(shielded) 헤드에 대한 3차원 바운더리 엘리먼트 필드 솔버(3D boundary element field solver)를 사용하여 계산된, 암페어, 동일 평면 필드는 도 5에서 도시된다. 도 3의 헤드에서 측면 테두리 필드가 감소하지만, 트랙 영역에서의 상기 필드도 또한 현저히 감소하여, 높은 보자력의 매체 상의 기록을 막는다. 이런 현저한 감소의 원인은 갭 영역에서의 플럭스 흐름의 경로의 존재이다.
도 3에 도시된 핀치 갭이나 측면 실드 설계의 불리한 점은 상기 핀치 갭이 상기 측면에서 갭 길이가 0으로 갑작스런 또는 불연속적으로 감소한다는 점이다. 결과적으로, 이런 유형의 헤드들은 기록 전류에 과도하게 민감하다는 문제점을 가지는 것으로 잘 알려져 있다. 상기 기록 전류가 포화값에 도달하자마자, 핀치 갭의 측면은 자기적으로 포화된다. 포화의 결과로, 상기 측면은 자성적으로 하드하게 되고, 이는 상기 핀치 갭이 어떠한 자기적으로 소프트(soft)한 측면 없이도 효율적으로 일반적인 갭으로 차례로 바뀌는 것을 의미한다. 그러므로, 핀치 갭 헤드를 이용하기 위하여는, 포화가 일어나기 바로 전의 값으로 기록 전류를 정확히 유지하는 것이 필요한데, 이는 기록 전류 제어에 매우 엄격한 필요 조건을 부과한다. 상기 핀치 갭 설계의 또다른 결점은 포화 전에 상당한 플럭스의 양이 상기 소프트한 측면을 따라 흐른다는 사실에 기인한다. 그러므로 상기 갭 영역으로부터의 방출되는 상기 자기 플럭스는 상대적으로 작고, 상대적으로 작은 기록 필드를 야기한다. 이는 고밀도 기록에 대해 심각한 문제이다.
본 발명에 따른 비균일 갭의 사용은 상기 갭의 비균일성이 갭에 걸쳐 상대적으로 연속적이기 때문에 이런 심각한 문제들을 해결한다. 바람직한 구성은 트랙에 걸쳐 변화하는 길이 치수를 갖는 갭을 제공한다. 비균일 갭에 의해 제공되는 두께의 그러한 계속적인 감소는, 도 3에 도시된 직사각형의 실드 구성에서의 갑작스런 실드 감소와 달리, 자기 플럭스가 갭 아래의 영역에서 집중되도록 하여 준다. 여기서 사용된 바와 같이, "비균일 갭"이란 용어는 갭 길이가 트랙에 걸친(across the track) 차원을 따라서 혹은 바닥이나 공기 베어링 표면(air bearing surface)에 수직인 차원을 따라서 일정한 값이 아닌 갭 구성을 포함한다.
본 비균일 갭 설계로, 측면이 포화된 후에, 상기 갭의 내부 측면 상의 자기 전하(magnetic charge)는 효율적으로 갭 아래의 영역에서 기록 필드를 집중시킨다. 갭의 모양은 집속 효과(focusing effect)를 제어한다. 결과적으로, 포화 전류에 민감하지 않게 된다. 포화가 일어나기 전에, 비균일 갭 측면을 통한 쉬운 플럭스 전달로 인한 갭 영역에서의 플럭스 집중 때문에 상기 필드는 증가한다. 상기 측면이 포화된 후에는, 포화 과정 동안 상기 갭의 내부 측면 상에 형성되는 효율적인 자기 전하로 인한 집중 효과 때문에 갭 영역에서 상기 필드는 강화된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비균일 갭을 갖는 수직 기록 헤드(50)를 도시한다. 상기 헤드(50)는 NiFe, FeAlN, FeTaN, CoFe, CoFeB 또는 CoFeN과 같은 자기적으로 투과성 있는 물질로 만들어진 제 1 극과 제 2 극(51, 52)을 포함한다. 일반적으로 원통형이거나 반구형인 공동(54)은 상기 제 1 극과 제 2 극(51, 52) 사이에서 제공된다. 공동(54)의 치수 D는 트랙 폭 W에 걸쳐 변화한다. 그러므로 상기 공동(54)은 상기 제 1 극과 제 2 극(51, 52) 사이에서 비균일 갭을 정한다. 상기 헤드(50)로부터의 자기장은 단지 헤드 트랙 폭 W에 의하여 정해지는 영역에 집중되는 것 뿐만이 아니고 등가인 종래의 링 헤드(ring head)로부터 방출되는 필드보다 세기 면에서도 더 강하다. 포화되면, 도 4에 도시된 상기 비균일 갭 헤드(50)는, 예를 들면 도 5에서 도시된 바와 같이 16,000 Oe보다 강한, 매우 강한 동일 평면 필드를 생성할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같은 50nm의 직경의 헤드(50)는 80nm(위에 설명된 등가인 종래의 링 헤드에 의해 정해진 150nm의 트랙 폭보다 훨씬 작은)의 차수의 트랙 폭을 정할 수 있는데, 이는 예를 들면 100Gbit/in2의 면적당 기억용량보다 큰 매우 높은 기록 밀도에 적당하다는 것을 도 5로부터 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 바람직한 필드 프로필과 세기는 링의 수평 방향은 물론 링(바닥이나 공기 베어링 표면에 수직인)의 수직 방향에서 갭의 지오메트리(geometry)를 변화시킴으로써 생성된다. 종래의 설계에서 수직 방향의 갭의 지오메트리는 도 6a와 도 6b의 종래의 헤드(36)에 의하여 도시된 바와 같이, 바닥이나 공기 베어링 표면의 레벨로부터 스로트 높이(throat height)의 레벨까지 일정한 값으로 유지된다는 것에 주의하여야 한다. 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 극과 제 2 극(37, 38)은 균일 갭(39)를 정한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 상기 자기장의 프로필과 세기는 도 7a와 도 7b에서 도시된 바와 같이, 일반적으로 타원형인 지오메트리를 사용하여 수직 방향에서 갭 영역을 변화시킴으로써 제어된다. 상기 헤드(56)는 그 사이에 타원형의 공동(59)을 갖는 제 1 극과 제 2 극(57, 58)을 포함한다. 상기 타원형의 공동(59)은 갭(59) 아래의 최대 플럭스 집중의 위치에 일치하는 최소의 요크(yoke) 거리 M을 정한다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 헤드(60)를 도시한다. 제 1 극과 제 2 극(61, 62)은 그 사이에 비균일 갭을 형성하는 윤곽진 공동(64)을 갖는다. 상기 공동(64)은 상기 헤드(60)의 하부 공기 베어링 표면에서 타원형을 가지면서, 좁고 텅빈 말단부를 형성하는 내향하게 굴곡진 측벽이 최소의 요크거리 M을 정한다. 상기 최소의 요크 거리 M는 갭(64) 아래의 최대 플럭스 집중의 위치에 일치한다. 도 8a와 도 8b에서 도시된 극 공동(pole cavity)의 상기 내향하게 굴곡진 모양은 공간 손실을 보상한다. 도 8a와 도 8b에서 도시된 일반적으로 타원형인 공동 내의 내향하게 굴곡진 측벽의 또다른 유리한 점은 자기 표면 전하를 증가시키는 것이다.
상기 갭 길이가 무시할 수 있을 만큼 작거나 0이기 때문에, 본 요크 구조는 등가인 종래의 링 요크보다 더 작은 코일 전류값에 포화될 수 있다. 요크 M의 최소의 단면적은 요크의 나머지보다 더 작은 전류값에 포화된다. 요크 지오메트리는 가장 좁은 요크 단면 M이 극 공동의 위치 위에 위치되도록 선택될 수 있다. 전류값이 포화점 위로 증가함에 따라, 공동 주위의 요크 영역은 포화되기 시작한다. 전체적인 포화가 일어나기 전에 이 영역은 상대적으로 소프트하고 요크 외곽의 자기장은 상대적으로 소프트한 극 물질의 표면에 수직이 된다. 이 영역이 포화됨에 따라, 공동 표면에서의 자기 전하 밀도는 최대치에 달한다. 극 공동의 오목한 모양은 매체 영역에서 트랙에 따르는(along-the-track) 필드 구성요소에 효율적으로 집중한다. 상기 공동의 모양을 조절함으로써, 필드는 기록 매체의 작은 영역 안에 집중될 수 있다.
상기 자기장은 극의 공동 내의 표면 전하 밀도에 의하여 결정된다. 표면 전하가 클수록, 필드도 커진다. 반면에, 표면 전하가 표면에 수직인 자화 성분의 불연속성의 값에 비례한다. 그러므로, 평균적인 공동 표면이 플럭스 전달 방향에 더욱 수직이고, 그래서 자기 전하를 증가시키기 때문에 도 8a와 도 8b에서 도시된 바 와 같은 지오메트리는 공동에서 더 큰 자기 전하를 촉진한다.
트랙에 걸친 거리(distance across the track) 대 모델화된 트랙에 따른 필드 구성요소(modeled along-the-track field component)는 도 9에서 도시된다. 10nm의 비행 높이에서 60nm x 60nm의 집중된 영역의 최대 필드는 대략 13,400 Oe인데, 이는 200Gbit/in2보다 큰 저장 밀도에 대응한다.
일반적으로 반구형 또는 타원형 갭 지오메트리가 여기서 주로 설명되지만, 몇몇 다른 비균일 갭의 지오메트리가 종래의 수직 기록 헤드에 대한 수행을 개선하기 위하여 수직 기록 헤드에서 사용된다. 대체적인 실시예들은 다양한 모양의 곡면의(curved) 또는 각면의(faceted) 공동을 갖는 갭을 포함한다. 예를 들면, 상기 공동은 공기 베어링 표면에 수직인 축을 갖는 원통형의 구멍으로 구성될 수 있다. 대체적으로 상기 원통형 구멍의 축은 헤드의 트랙을 가로지르는 방향에 평행할 수 있다. 그런 원통형 구멍들의 단면 모양은 원형, 달걀형, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 육각형, 팔각형 등일 수 있다. 각 반대극의 가변 비균일 갭의 지오메트리는 대칭적이거나, 예를 들면 하나의 극이 곡면의 공동을 갖고 다른 극은 평평하거나 다른 모양의 공동을 갖는 것과 같이 비대칭적일 수 있다. 자기 플럭스의 적어도 일부분을 집중시키기 위해 적용된 윤곽진 측면을 갖는 어떤 갭 공동도 종래의 균일 갭의 수직 기록 헤드에 비하면 유리할 것이다. 그러므로 이 설명과 덧붙인 도면들은 많은 가능한 갭 지오메트리의 단지 대표적인 예들을 제공하고, 유효할 모든 지오메트리를 포함하는 목록을 제공하는 것이 아니다.
도 10a와 도 10b는 수직 기록 헤드(66)를 만드는 제작 단계를 개략적으로 도시한다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 제 1 극과 제 2 극(67, 68)은 인접한 섹션을 형성하기 위한 표준 기술에 의해 처음에 만들어진다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 물질이 공동(69)을 형성하기 위해 제 1 극과 제 2 극(67, 68)의 부분들로부터 제거된다. 본 발명의 비균일 갭의 수직 기록 헤드를 만들기 위해, 처음에 수직 링 헤드를 제작하기 위한 종래의 과정들이 이용될 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 이 과정에서 정해지는 상기 초기 갭 길이는 바람직하게는 0에 가깝거나 같아야 한다. 다음 단계로서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 예를 들면 50nm의 직경을 갖는 원형 구멍이 공기 베어링 표면으로부터 집속된 이온 빔 에칭(focused ion beam etching)을 사용하여 정해질 수 있다. 대체적으로, 상기 원형 구멍은 웨이퍼 레벨(wafer level)에서 정해질 수 있다. 일반적으로 반구형인 공동(69)은 도 10b에서 도시되지만, 상기 헤드(66)에 의하여 생성되는 자기 플럭스를 충분히 집중시키는 어떤 다른 적절한 공동 모양도 사용될 수 있다. 상기 제 1 극과 제 2 극(67, 68)의 폭은 도 10a와 도 10b에서 같아 보이지만, 상기 극들은 대체적으로 다른 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 수직 기록 헤드 갭을 제조하는 바람직한 방법은 집속된 이온 빔 다이렉트 에칭, 전자 리소그래피(lithography) 그리고 광학 리소그래피를 포함하는데, 집속된 이온 빔 다이렉트 에칭이 가장 바람직하다. 집속된 이온 빔 다이렉트 에칭 장치(72)의 일례가 도 11에 도시된다. 예를 들면 갈륨(gallium) 같은, 액상 금속의 양으로 대전된 이온이 공동(69)을 식각하도록(etch) 제 1 극과 제 2 극(67, 68)의 바닥 표면 상에 집중된다. 상기 과정 동안, 이온이 이온 소스(ion source, 74)에 의하여 발생되어, 억압기(suppressor, 76)를 통과한다. 그 다음에 상기 이온은 추출기와 스프레이 구멍(78)을 통하여 나아가면서, 집중 과정(focusing process)을 시작한다. 다음으로, 상기 이온은 이온을 계속하여 집중시키는 적어도 하나의 렌즈(80)를 통하여 지나간다. 스티그메이터(stigmator, 82)가 렌즈들(80)의 첫번째 그룹 뒤에 위치된다. 그 다음에 상기 이온은 상기 이온 빔을 더욱 좁히기 위해 선택될 수 있는 여러 제한 구멍(limiting aperture, 84) 중 어떤 하나를 통과한다. 상기 구멍(84)을 빠져 나간 후에, 상기 이온은 블랭킹 편향기(blanking deflector, 86), 블랭킹 구멍(blanking aperture, 88) 그리고 편향 어셈블리(deflection assembly, 90)를 통하여 나아간다. 마지막으로, 상기 이온은 상기 공동(69)을 식각하기 위해 제 1 극과 제 2 극(67, 68)의 바닥 표면을 타격하기 전에 적어도 하나의 부가적인 렌즈(80)를 통과한다.
도 12는 수직 기록 헤드의 바닥 또는 공기 베어링 표면의 현미경 사진인데, 이는 상기 기록 헤드의 제 1 극과 제 2 극(P1과 P2) 사이에 비균일의 오목한 갭(화살표 G에 의해 묘사된)을 보여준다. 상기 첫번째 극 P1은 리딩극(leading pole)이고, 상기 두번째 극 P2는 트레일링 극(trailing pole)이다. 상기 오목한 갭은 도 12의 트랙에 따른(along-the-track) 수평 방향에서 측정된 180nm의 길이, 도 12의 트랙에 따른 수평 방향에서 측정된 200nm의 폭, 그리고 상기 공기 베어링 표면에 수직인 방향에서 측정된 250nm의 깊이를 갖는 모양으로 일반적으로 타원형이다. 본 발명에 따라 타원형의 갭들이 사용될 때, 상기 갭들은 대체로 약 50nm에서 약 300nm의 길이, 약 50nm에서 약 300nm의 폭, 그리고 약 50nm에서 약 500nm의 깊이를 가진다.
종래의 링 구조의 균일 갭 대신, 예를 들면 곡면의 공동과 같은 비균일 갭을 정하는 것은 여러 유리한 점을 제공한다. 본 발명은 종래의 설계에서의 2차원 갭 슬릿(slit)과 달리, 비균일의 극 공동을 형성함으로써 종래의 수직 기록 헤드 설계의 고밀도 잠재성(high density potential)을 확장한다. 상기 윤곽진 갭 영역은 기록 헤드에 의해 생성된 자기장의 세기와 프로필의 보다 유연한 제어를 고려한다. 상기 비균일 갭 지오메트리는 자기 플럭스가 갭 영역에서 집중되도록 해 주고, 그러므로 갭 아래의 디스크 영역에서 상대적으로 강하고 집중된 필드를 발생시킨다. 이는 트랙 폭이 갭 길이에 의해 제한되는 종래의 링 헤드의 문제점을 해결한다. 결과적으로, 종래의 링 헤드로 달성가능한 최대 밀도가 30Gbit/in2인 반면, 본 발명의 비균일 갭과 결합된 수직 기록 헤드는 100Gbit/in2을 훨씬 넘어서는 밀도에 사용될 수 있다. 본 발명의 또다른 유리한 점은 수직 기록 헤드가 현재의 제조 과정의 커다란 변화나 새로운 전자장치의 도입을 요구하지 않는다는 점이다.
본 발명의 특별한 실시예가 예시의 목적으로 위에 설명되었지만, 본 발명의 세부들의 많은 변화가 부가된 청구항에 정의된 본 발명으로부터 벗어나지 않고 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 자기 기록 매체(magnetic recording medium)와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드(longitudinal recording head)로서,
    공동(cavity)을 포함하는 비균일 갭(non-uniform gap)을 규정하는 제 1 극 및 제 2 극 - 상기 제 1 극 및 제 2 극의 부분들은 상기 기록 헤드의 공기 베어링 표면에서 서로 접촉되고, 상기 비균일 갭은 상기 기록 헤드의 트랙 폭에 걸치는 영역을 따라 또는 상기 기록 헤드의 공기 베어링 표면에 수직인 영역을 따라 일정하지 않은 길이를 가짐 -; 및
    상기 자기 기록 매체에 국부화된 자기장을 생성하기 위해 상기 갭에 인접한 상기 제 1 극 및 제 2 극 사이에 자기 플럭스(magnetic flux)를 집중시키기 위한 수단
    을 포함하는 수직 기록 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동은 굴곡진(curved) 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동은 원통형인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동은 실질적으로 타원형 또는 반구형인 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공동은 적어도 하나의 내향하게 굴곡진 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동은 약 50nm 내지 약 300nm의 길이, 약 50nm 내지 약 300nm의 폭, 및 약 50nm 내지 약 500nm의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동은 상기 제 1 극 또는 상기 제 2 극의 물질이 제거된 부피를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동은 중공(hollow)인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  9. 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드로서,
    제 1 극과 제 2 극; 및
    상기 제 1 극과 제 2 극에 의해 규정되는 비균일 갭 - 상기 제 1 극과 제 2극의 부분들은 상기 기록 헤드의 공기 베어링 표면에 인접하게 서로 접촉되고, 상기 비균일 갭은 상기 기록 헤드의 트랙 폭에 걸치는 영역을 따라 또는 상기 기록 헤드의 공기 베어링 표면에 수직인 영역을 따라 일정하지 않은 길이를 가짐 -
    을 포함하는 수직 기록 헤드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비균일 갭은 중공된 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공동은 굴곡진 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 공동은 원통형인 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 공동은 실질적으로 타원형 또는 반구형인 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공동은 적어도 하나의 내향하게 굴곡진 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 공동은 약 50nm 내지 약 300nm의 길이, 약 50nm 내지 약 300nm의 폭, 및 약 50nm 내지 약 500nm의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 비균일 갭은 상기 제 1 극 또는 상기 제 2 극의 물질이 제거된 부피를 갖는 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 기록 헤드.
  17. 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드로서,
    실질적으로 원통형 공동을 포함하는 비균일 갭을 규정하는 제 1 극과 제 2 극; 및
    상기 자기 기록 매체에 국부화된 자기장을 형성하기 위해 상기 갭에 인접한 상기 제 1 극과 제 2 극 사이에서 자기 플럭스를 집중시키기 위한 수단
    을 포함하는 수직 기록 헤드.
  18. 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드로서,
    실질적으로 타원형 또는 반구형 공동을 포함하는 비균일 갭을 규정하는 제 1 극과 제 2 극; 및
    상기 자기 기록 매체에 국부화된 자기장을 형성하기 위해 상기 갭에 인접한 상기 제 1 극과 제 2 극 사이에서 자기 플럭스를 집중시키기 위한 수단
    을 포함하는 수직 기록 헤드.
  19. 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드로서,
    제 1 극과 제 2 극; 및
    상기 제 1 극과 제 2 극에 의해 규정되는 실질적으로 원통형 공동을 포함하는 비균일 갭 - 상기 제 1 극과 제 2 극의 부분들은 상기 기록 헤드의 공기 베어링 표면에 인접하게 서로 접촉됨 -
    을 포함하는 수직 기록 헤드.
  20. 자기 기록 매체와 함께 사용하기 위한 수직 기록 헤드로서,
    제 1 극과 제 2 극; 및
    상기 제 1 극과 제 2 극에 의해 규정되는 실질적으로 타원형 또는 반구형 공동을 포함하는 비균일 갭 - 상기 제 1 극과 제 2 극의 부분들은 상기 기록 헤드의 공기 베어링 표면에 인접하게 서로 접촉됨 -
    을 포함하는 수직 기록 헤드.
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