KR101823489B1

KR101823489B1 - 리더 구조

Info

Publication number: KR101823489B1
Application number: KR1020140110737A
Authority: KR
Inventors: 빅터 보리스 사포즈니코브; 모함메드 사리아 울라 팻와리
Original assignee: 시게이트 테크놀로지 엘엘씨
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2018-03-14
Also published as: JP2015041403A; KR20150022729A; CN104424959A; CN104424959B; US9508366B2; US20150055251A1

Abstract

본 명세서에 개시된 장치는 자유 층이 크로스트랙 용이 축 이방성을 갖는 센서를 포함한다.

Description

리더 구조{READER STRUCTURE}

자기 데이터 저장 및 검색 시스템에서, 자기 판독/기록 헤드는 자기 디스크 상에 저장되는 자기적으로 인코딩된 정보를 검색하는 자기 저항(MR) 센서를 갖는 리더 부분을 포함한다. 디스크의 표면으로부터의 자속은 MR 센서의 감지 층의 자화 벡터의 회전을 야기하며, 이는 차례로 MR 센서의 전기 저항률의 변화를 야기한다. MR 센서의 저항률의 변화는 전류를 MR 센서를 통해 통과시키고 MR 센서에 걸친 전압을 측정함으로써 검출될 수 있다. 그 다음, 외부 회로는 전압 정보를 적절한 포맷으로 변환하고 디스크 상에 인코딩된 정보를 복구하기 위해 그 정보를 조작한다.

본 요약은 상세한 설명에 더 후술되는 개념들의 선택을 간략한 형태로 소개하기 위해 제공된다. 본 요약은 청구된 발명 대상의 중요 특징들 또는 본질적 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구된 발명 대상의 범위를 제한하기 위해 사용되도록 의도되지 않는다. 청구된 발명 대상의 다른 특징들, 상세들, 유용들, 및 장점들은 다양한 구현들 및 첨부 도면들에 더 예시되고 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 구현들의 이하의 더 특정한 문서의 상세한 설명으로부터 분명할 것이다.

본 명세서에 설명되고 청구된 구현들은 자유 층의 적어도 일부가 크로스트랙 용이 축 이방성을 갖는 센서를 포함하는 리더 구조를 제공한다. 이러한 및 다양한 다른 특징들 및 장점들은 이하의 상세한 설명의 판독으로부터 분명할 것이다.

설명된 기술은 첨부 도면들과 함께 판독되는 다양한 구현들을 설명하는 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다.
도 1은 본 명세서에 개시된 리더를 사용하는 예시적 시적 기록 장치의 사시도를 예시한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 예시적 리더 구조의 개략적 3차원도를 예시한다.
도 3은 본 명세서에 개시된 예시적 FL의 개략적 측면도를 예시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 센서에 대한 ABS와 평행한 각도와 비교하여 다양한 필드들에 의해 가해지는 토크와 FL 자기 모멘트의 각도 사이의 관계의 예시적 그래프를 예시한다.
도 5는 센서 매체로부터의 필드와 센서에 의해 생성되는 신호 진폭 사이의 관계의 비교 그래프들을 예시한다.
도 6은 매체로부터의 필드에 의해 생성되는 자기 모멘트와 센서에 의해 생성되는 신호 진폭 사이의 관계의 대안적 비교 그래프들을 예시한다.
도 7은 매체로부터의 필드에 의해 생성되는 자기 모멘트와 센서에 의해 생성되는 신호 진폭 사이의 관계의 대안적 비교 그래프들을 예시한다.
도 8은 본 명세서에 개시된 센서에 대한 센서 영역 위의 신호 분배의 예시적 맵들을 예시한다.
도 9은 크로스트랙 방향으로 센서를 통한 마이크로트랙 리드백 신호 분배를 예시한다.

자기 디스크 드라이브들은 전형적으로 회전 자기 디스크, 판독 및 기록 헤드들을 갖는 슬라이더, 회전 디스크 위의 서스펜션 아암 및 회전 디스크 상의 선택된 원형 트랙들에 걸쳐 판독 및 기록 헤드들을 위치시키도록 서스펜션 아암을 스윙하는 액추에이터 아암을 포함한다. 서스펜션 아암은 디스크가 회전하고 있지 않을 때, 슬라이더를 디스크의 표면과 접촉하도록 바이어싱하지만, 디스크가 회전할 때, 공기는 슬라이더의 공기 베어링 표면(ABS)에 인접한 회전 디스크에 의해 선회되어 슬라이더가 회전 디스크의 표면으로부터 근소한 거리를 공기 베어링 상에 겹치는 것을 야기한다. 슬라이더가 공기 베어링 상에 겹칠 때, 기록 및 판독 헤드들은 회전 디스크에 자기 임프레션들을 기록하고 회전 디스크로부터 자기 신호 필드들을 판독하기 위해 이용된다. 판독 및 기록 헤드들은 기록 및 판독 기능들을 구현하기 위해 컴퓨터 프로그램에 따라 동작하는 처리 회로에 연결된다.

통상적으로 MR 센서들로 지칭되는 자기 저항(MR) 판독 센서들은 모든 고용량 디스크 드라이브들에서 사용된다. MR 센서는 MR 층에 의해 감지되는 자속의 강도 및 방향의 함수로서 그것의 저항의 변화를 통해 자계를 검출한다. 오늘날 제조되는 디스크 드라이브들에서의 표준 타입의 MR 센서는 터널링 자기 저항(TMR) 효과를 이용하여, 저항은 절연 비자기 터널링 장벽에 의해 분리되는 2개 이상의 강자성 층들 사이에 전도 전자들의 스핀 의존 양자 역학 터널링 전송의 기능에 따라 변화된다. 이러한 센서들의 저항은 상이한 자기 층들의 자화의 상대 배향에 의존한다.

MR 판독 센서는 반강자성(AFM) 층, 합성 반강자성(SAF) 층, 및 자유 층(FL)과 같은 다수의 자기 층들을 포함할 수 있다. SAF 및 FL은 터널링 장벽에 의해 분리될 수 있고 SAF 층은 루테늄(Ru) 층에 의해 분리되는 피닝된 층(PL) 및 기준 층(RL)을 포함할 수 있다. PL은 PL의 자화의 모멘트가 판독 센서의 공기 베어링 표면(ABS)에 직교하도록 피닝된다. 유사하게, RL은 RL의 자화의 모멘트가 ABS에 또한 직교하도록 피닝된다. 그러나, RL 및 PL의 자화의 방향은 반대이거나, 서로로부터 180도 떨어져 있다.

다른 한편, FL은 FL의 자화의 모멘트가 PL 및 RL의 피닝으로부터 수직으로 있도록 바이어싱된다. 다시 말하면, FL의 자화의 방향은 ABS의 표면과 평행한 방향으로 있다. 구체적으로, FL의 자화의 방향은 일반적으로 ABS의 표면과 평행한 방향 및 자화된 매체를 통해 판독 센서의 움직임에 크로스트랙 방향 및 수직인 방향으로 있다. 판독 센서의 동작 동안, 센서는 포지티브 대 네거티브 필드들에서 기록 매체로부터의 자계들의 영역에 노출된다. 필드가 변화됨에 따라, FL에 특별히 스택의 다양한 자기 층들의 자기 모멘트들의 방향은 회전하고, 따라서 신호를 생성한다.

판독 센서가 자기 기록 매체의 표면 상에서 움직임에 따라, FL의 자화는 자기 기록 매체 트랙에서의 전이들로 인해 변화된다. 판독 센서가 이러한 전이들에 걸쳐 통함에 따라, 전이들의 자계들은 판독 센서의 저항을 변조한다. 판독 센서의 저항의 변화는 판독 센서를 통해 감지 전류를 통과시키고 그 다음 판독 센서에 걸친 전압의 변화를 측정함으로써 검출된다. 결과적인 저항 기반 전압 신호는 디스크의 트랙 상에 인코딩되는 데이터를 검색하기 위해 사용된다.

자기 매체에서의 필드가 증가함에 따라, 전압 신호는 증가하고, 그 역도 또한 마찬가지이다. 그러나, 센서에 적용되는 자계 진폭과 센서에 의해 생성되는 전압 신호 진폭 사이의 관계는 선형이 아니다. 다시 말하면, 자계 진폭이 전압 신호 진폭에 대하여 구분되었으면, 그래프의 적어도 일부 부분들에서(전형적으로 높은 자계 신호 진폭들에서) 자계 진폭과 전압 신호 진폭 사이의 관계는 비선형이 된다. 그러한 비선형 관계는 신호 왜곡 및 비대칭 시그마의 증가를 유도할 수 있어, 신호 대 잡음비(SNR)의 감소를 야기한다. 더욱이, 그러한 비선형성은 또한 매체로부터 데이터를 판독하기 위해 사용될 수 있는 전압 신호 진폭 범위를 제한한다.

본 명세서에서 개시된 센서의 구현은 FL에서의 크로스트랙 이방성 필드를 갖는 영구 자석들(PM들)(또는 측면 실드들)에서 나오는 센서의 자유 층(FL)의 정자기 바이어스를 부분적으로 대체함으로써 리더의 비선형성을 감소시킨다. 크로스트랙 이방성은 예를 들어, FL의 적어도 일부의 경사 증착에 의해 도입되는 자기 결정 이방성일 수 있다. 대안적으로, 크로스트랙 이방성은 자기 변형을 이용하는 자유 층에서 도입될 수 있다. 또한 대안적으로, 크로스트랙 이방성은 FL을 증착하기 전에 센서 층 상에 이방성 거칠기를 생성함으로써 도입될 수 있다.

도 1은 액추에이터 어셈블리의 단부 상에서 구현되는 예시적 판독 센서 구조를 예시하는 예시적 블록도(100)를 예시한다. 구체적으로, 도 1은 액추에이터 어셈블리(106)의 단부 상에 위치되는 변환기 헤드(104)를 갖는 디스크(102)의 구현의 평면도를 예시한다 . 디스크(102)는 동작 동안 디스크 회전 축(108) 주위를 회전한다. 더욱이, 디스크(102)는 원형 점선들에 의해 예시되는 사이에 다수의 데이터 트랙들(114)이 있는 외부 직경(110) 및 내부 직경(112)을 포함한다 . 데이터 트랙들(114)은 실질적으로 원형이고 규칙적으로 이격된 패턴화된 비트들로 구성된다.

정보는 액추에이터 어셈블리(106)의 사용을 통해 데이터 트랙들(114) 상의 패턴화된 비트들에 기록되고 이들로부터 판독될 수 있으며, 이는 데이터 트랙(114)이 디스크(102)에 인접하게 위치되는 회전(116)의 액추에이터 축 주위의 동작을 탐색하는 동안 회전한다. 회전(116)의 액추에이터 축에서 원위의 단부에서 액추에이터 어셈블리(106) 상에 장착되는 변환기 헤드(104)는 디스크 동작 동안 디스크(102)의 표면 위에 아주 근접하여 비행한다. 변환기 헤드(104)는 트랙(114)으로부터 데이터를 판독하는 판독 센서 및 데이터를 트랙(114)에 기록하는 기록 폴을 포함하는 기록 헤드를 포함한다.

자기 디스크(102)로부터 데이터를 판독하기 위해, 디스크(102)의 트랙(114) 상의 전이들은 자계들을 생성한다. 판독 센서가 전이들에 걸쳐 통함에 따라, 전이들의 자계들은 판독 센서의 저항을 변조한다. 판독 센서의 저항의 변화는 판독 센서를 통해 감지 전류를 통과시키고 그 다음 판독 센서에 걸친 전압의 변화를 측정함으로써 검출된다. 결과적인 저항 기반 신호는 디스크(102)의 트랙 상에 인코딩된 데이터를 검색하기 위해 사용된다.

도 1은 또한 판독 센서(130)의 센서 스택의 부분 단면 구성의 확대도를 예시하며, 판독 센서는 변환기 헤드(104) 상에 위치될 수 있다. 센서 스택(130)은 센서 스택(130)의 상단(다운트랙 방향으로)에 위치되는 FL(132)을 포함하도록 도시된다. FL(132)은 터널링 장벽(140)에 의해 RL(134)로부터 분리된다. RL(134)은 PL(136)의 상단 상에 위치되고 루테늄(Ru) 층(142)에 의해 PL(136)로부터 분리된다. 센서 스택(130)의 하단은 AFM 층(138)을 포함한다. RL(134), PL(136) 및 Ru 층(142)의 조합은 또한 SAF 구조로 지칭된다. 센서 스택(130)의 다양한 층들은 센서 스택(130)의 ABS 층(144)에 관하여 개시된다.

FL(132)은 또한 ABS(154)에 관하여 그래프적 표현(150)을 통해 예시된다. 구체적으로, 표현(150)은 FL(152)의 크로스트랙 시점을 개시한다. 변환기 헤드(104)가 매체를 통해 움직임에 따라, FL(152)은 그것에서 기인하는 다수의 상이한 자계들 및 토크들에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, FL(152)이 자기 매체 상의 정보의 기록된 비트의 근방에 들어옴에 따라, 매체 필드(160)는 FL(152)에 영향을 미친다. 수직 기록을 갖는 자기 매체에 대해, 매체 필드(162)는 ABS에 직교한다. 더욱이, FL(152)은 크로스트랙 방향으로 영구 자석들(PM들) 또는 측면 실드들(도시되지 않음) 사이에 위치된다. 그러한 PM들 또는 측면 실드들은 PM 바이어스(164)를 제공한다. PM 바이어스(164)는 일반적으로 단일 방향이고 ABS에 수직이다.

FL(152)의 자기 모멘트는 ABS와 평행이지만, 매체 필드(160)와 같은 외부 자계들에 응하여 회전하는 것에 자유롭다. 매체 필드(160)의 존재로, FL 자기 모멘트(162)는 매체 필드(160)로부터의 토크로 인해 위쪽으로 경사진다. 다시 말하면, 매체 필드(160)는 FL 자기 모멘트(162)가 ABS에 직교하는 방향을 향해 경사지게 하는 매체 토크(T_m)를 제공한다. 다른 한편, PM 바이어스(164)는 FL 모멘트(162)가 ABS의 평행을 유지하게 하는 PM 바이어스 토크(T_PM)를 생성한다.

본 발명에 개시된 판독 센서의 구현에서, FL(152)은 또한 크로스트랙 이방성을 포함한다. 그러한 크로스트랙 이방성은 예를 들어 FL의 적어도 일부의 경사 배치, 자기 변형 등에 의해 도입될 수 있다. FL의 크로스트랙 이방성은 크로스트랙 이방성 필드(166)을 생성한다. 크로스트랙 이방성 필드(166)는 단축(양방향)이고 ABS와 평행하다. 크로스트랙 이방성 필드(166)는 또한 토크(T_k)를 FL 자기 모멘트(162)에 제공한다

FL 자기 모멘트(162)과 ABS와 평행한 방향 사이에서 각도(θ)의 함수로서 FL 자기 모멘트(162)에 영향을 미치는 다양한 토크들의 값은 이하의 수학식 1 - 3에 의해 제공될 수 있다:

[수학식 1]

T_m = MH_m cos(θ)

[수학식 2]

T_PM = - MH_PM sin(θ)

[수학식 3]

T_k = - MH_k sin(θ) cos(θ) = - 0.5 MHk sin(2θ)

크로스트랙 이방성을 갖는 제안된 설계은 단방향 필드들(H_m 및 H_PM)로부터의 토크들(T_m 및 T_PM)과 단축 필드(H_k)로부터의 토크(T_k)의 각도 의존성의 차이들을 이용한다. 구체적으로, 낮은 각도들(θ)에서, 단축 필드(H_k)로부터의 토크(T_k)는 단방향 필드(H_PM)로부터의 토크(T_PM)보다 더 빠르게 증가한다. 따라서, 낮은 각도들(θ)에서, 단축 토크(T_k)는 양방향 토크(T_PM)에 의한 진폭 억제보다 더 많이 FL 자기 모멘트(162)에 의해 생성되는 진폭을 억제한다. 다른 한편, 더 높은 각도들(θ)에서, 단축 토크(T_k)는 양방향 토크(T_PM)에 의한 진폭 억제보다 더 적게 FL 자기 모멘트(162)에 의해 생성되는 진폭을 억제한다. 따라서, FL(152) 내의 크로스트랙 이방성의 도입의 결합 효과는 출력 신호(V)의 진폭의 전달 곡선을 매체 필드(H_media)의 함수로 더 선형적이게 하는 것이다.

출력 신호(V)의 진폭과 매체 필드(H_media) 사이의 전달 곡선은 이하와 같이, 토크들(T_k, T_m, 및 T_PM ₎의 합을 제로로 하고 전달 곡선 V= V_max sin(θ)에 대한 식을 포함함으로써 획득될 수 있다.

[수학식 4]

FL 내의 크로스트랙 이방성에서 기인하는 단축 필드(H_k)의 부가는 필드(H_media)와 신호 진폭(V) 사이의 전달 곡선에서 감소된 비선형성을 야기한다. 다시 말하면, 주어진 신호 진폭(V)에 대해, 전달 곡선은 더 높은 선형성을 갖는다. 대안적으로, 센서의 사용으로 허용될 수 있는 주어진 선형성에 대해, 더 높은 신호 진폭(V)이 사용될 수 있다. 따라서, 신호 진폭(V)의 더 높은 범위가 사용을 위해 이용가능해진다.

도 2는 본 명세서에 개시된 리더(200)의 예시적 구현의 개략적 3차원 블록도를 예시한다. 리더(200)는 다운트랙 방향(242)으로 베이스 실드(208)와 상단 실드(210) 사이에서 센서 스택(202)을 포함한다. 베이스 실드(208) 및 상단 실드(210)는 NiFe, NiFeCu, NiCoFe 등과 같은 자성 재료로 구성될 수 있다. 센서 스택(202)은 크로스트랙 방향(240)으로 PM들(204 및 206)에 의해 둘러싸여진다. 센서 스택(202)은 FL(212), RL, PL, 및 AFM 층을 포함하는 다양한 층들을 포함하는 다양한 층들을 포함한다.

FL(212)의 자기 모멘트(228)는 ABS와 평행하지만, 매체 필드(220)와 같은 외부 자계들에 대응하여 자유롭게 회전한다. 매체 필드(220)의 존재에서, FL 자기 모멘트(228)는 매체 필드(220)로부터의 토크로 인해 상방으로 경사진다. 다시 말하면, 매체 필드(220)는 자기 모멘트(228)가 ABS에 직교하는 방향으로 경사지게 하는 매체 토크를 제공한다. 다른 한편, PM 바이어스(224)(PM들(204 및 206)에 의해 생성된)는 FL 자기 모멘트(228)가 ABS의 평행을 유지하게 하는 PM 바이어스 토크를 생성한다.

본 명세서에 개시된 판독 센서의 구현에서, FL(212)은 또한 크로스트랙 이방성을 포함한다. 그러한 크로스트랙 이방성은 예를 들어 FL의 적어도 일부분의 경사 배치, 자기 변형 등에 의해 FL(212)에 도입될 수 있다. FL(212)의 크로스트랙 이방성은 크로스트랙 이방성 필드(226)를 생성한다. 그러한 크로스트랙 이방성 필드(226)는 단축(양방향)이고 ABS와 평행하고 그것은 토크를 FL 자기 모멘트(228)에 제공한다. FL(212) 내의 크로스트랙 이방성에서 기인하는 단축 필드의 부가는 매체 필드(220)와 센서(200)에 의해 생성되는 신호의 진폭 사이의 전달 곡선에서 증가된 비선형성을 야기한다.

도 3은 본 명세서에 개시된 예시적 FL(300)의 개략적 측면도를 예시한다. 상기 논의된 바와 같이, FL(300)의 자기 모멘트(308)는 매체 필드(304), 단축 PM 바이어스(306), 및 양방향 이방성 필드(310)에 의해 영향을 받는다. 구체적으로, 매체 필드(304)에 의해 생성되는 토크는 자기 모멘트(308)가 ABS에 직교하는 방향을 향해 경사지게 한다. 따라서, 매체 필드(304)에 의해 생성되는 토크의 효과는 자기 모멘트(308)가 각도(θ)를 감소시키게 한다. 다른 한편, 자기 모멘트(308) 상에 단축 PM 바이어스(306)에 의해 생성되는 토크의 효과는 각도(θ)를 증가시키는 것이다.

양방향 이방성 필드(310)의 부재에서, 자기 모멘트(308) 상에 PM 바이어스(306)에 의해 생성되는 토크의 효과는 매체 필드(304)와 센서(300)에 의해 생성되는 신호의 진폭 사이의 전달 곡선이 비선형이도록 하는 것이다. 양방향 이방성 필드(310) 및 PM 필드의 상응하는 감소의 도입은 자기 모멘트(308) 상에 PM 바이어스(306)에 의해 생성되는 토크의 영향을 센서(300)에 의해 생성되는 신호의 낮은 값들로 감소시키고, 따라서 매체 필드(304)와 센서(300)에 의해 생성되는 신호의 진폭 사이의 관계에서의 비선형성은 낮은 진폭으로 감소된다. 비선형성의 그러한 감소는 좀 더 높은 범위의 신호 진폭들의 사용을 허용하며, 따라서 센서(300)의 신호 대 잡음비(SNR)를 증가시킨다.

도 4는 본 명세서에 개시된 센서에 대한 ABS와 평행한 각도와 비교하여 FL 자기 모멘트의 다양한 필드들 및 각도에 의해 가해지는 토크(0과 1 사이의 정규화된) 사이의 관계의 그래프(400)를 예시한다. 라인(402)은 FL에 인가되는 단방향 PM 바이어스 필드로 인한 PM 바이어스 토크(T_PM)(0과 1 사이)를 예시한다. PM 바이어스 토크(T_PM)는 정상 사인 곡선의 형태이다. 다른 한편, 라인(404)은 FL 내의 양 방향성 이방성 필드로 인한 이방성 필드 토크(T_k)를 예시한다. 이방성 필드 토크(T_k)는 2θ에 대한 사인 곡선 방정식의 수학식에 의해 주어질 수 있다.

예시된 바와 같이, 이방성 필드 토크(T_k)에 대한 전달 곡선은 PM 바이어 스 토크(T_PM)에 대한 곡선보다 더 선형적이다. 비선형성 차이의 이러한 효과는 특히 45도 아래의 낮은 각도들에서 현저하다. 따라서, 낮은 각도들에서 PM 바이어스 토크(T_PM)의 효과는 센서에 의해 생성되는 신호에서 비선형성을 생성하지만, 이방성 필드 토크(T_k)의 부가는 그러한 비선형성을 감소시킨다. 그 결과, 광범위한 출력 신호 진폭은 매체로부터 데이터를 판독하는 데 사용될 수 있고 출력 신호 진폭의 그러한 증가는 센서의 SNR를 증가시킨다.

도 5는 매체로부터의 필드와 센서에 의해 생성되는 신호 진폭 사이의 관계의 비교 그래프들(500)을 예시한다. 구체적으로, 라인(502)은 네거티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)의 존재에서 전달 곡선을 예시하고, 라인(504)은 크로스트랙 이방성 필드(H_k)의 부재에서 전달 곡선을 예시하고, 라인(506)은 포지티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)의 존재에서 전달 곡선을 예시한다. 더욱이, PM 바이어스 필드(H_PM)의 진폭은 라인(502)(700 Oe)으로부터, 라인(504)(500 Oe) 내지 라인(502)(300 Oe)까지 감소된다. 그래프들(500)에서 알 수 있는 바와 같이, 포지티브 이방성 필드(H_k) 라인(506) 및 PM 바이어스 필드(H_PM)의 감소의 부가는 이방성 필드(H_k) 라인(504) 없이 그리고 네거티브 이방성 필드(H_k) 라인(502)의 존재에서 전달 곡선들과 비교하여 전달 곡선의 선형성을 개선한다.

도 6은 매체로부터의 필드에 의해 생성되는 자기 모멘트(M_rT)와 센서에 의해 생성되는 신호 진폭 사이의 관계의 대안적 비교 그래프들(600)을 예시한다. 구체적으로, 그래프들(600) 각각은 마이크로자기 모델링의 결과를 예시하며, 이는 크로스트랙 이방성 필드(H_k)를 인가하는 것이 전달 곡선들을 더 선형적이게 하는 것을 나타낸다. 예를 들어, 라인(602)은 ABS(네거티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)와 유사한)에 직교하는 포지티브 용이 축 이방성의 존재에서 전달 곡선을 예시하며, 라인(604)은 크로스트랙 이방성 필드(H_k)의 부재에서 전달 곡선을 예시하고, 라인(606)은 포지티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)의 존재에서 전달 곡선을 나타낸다. 더욱이, PM 자기 모멘트(PM-Mr)에 의해 제어되는 PM 바이어스 강도는 라인(602)에 대한 1200 Oe로부터, 라인(604)에 대한 800 Oe로, 라인(606)에 대한 500 Oe로 감소되어 3개의 경우들 사이의 진폭을 보존한다.

도 6은 또한 전달 곡선들(602, 604, 및 606)의 근사 접근을 1-R²를 사용하는 직선(선형 관계)에 제공하며, 비선형성의 측정은 곡선들 각각에 대한 것이다. 도시된 바와 같이, 크로스트랙 이방성 필드(H_k)가 -500 Oe에서 500 Oe로 증가함에 따라 1-R²는 0.034에서 0.015로 감소한다. 따라서, 크로스트랙 이방성 필드(H_k)를 갖는 센서 설계는 크로스트랙 이방성 필드(H_k)를 갖지 않는(또는 네거티브를 갖는) 구현들보다 더 좋은 선형성을 갖는다. 이것은 허용 한계들 내에서 비선형성 및 비대칭 시스마를 유지하는 동안, 더 높은 신호 진폭을 허용하기 위해 PM 필드 바이어스를 감소시키는 것을 허용하며, 따라서 센서의 SNR을 증가시킨다.

도 7은 매체로부터의 필드에 의해 생성되는 자기 모멘트(M_rT)와 센서에 의행 생성되는 신호 진폭 사이의 관계의 대안적 비교 그래프들(700)을 예시한다. 구체적으로, 라인들(702 , 704)은 비선형성(1-R²에 의해 표시되는)이 동일하게 유지되는 2개의 구현들을 예시한다. 그래프들(700)은 동일한 비선형성에 대해, 대략 20퍼센트(20%)의 진폭 이득이 500 Oe의 크로스트랙 이방성 필드를 도입하고 PM 바이어스 자기 모멘트(PM-Mr)를 800 Oe에서 270 Oe로 감소시킴으로서 달성(주어진 MrT에 대해 mV의 차이로 표시)될 수 있는 것을 예시한다. 따라서, 더 높은 SNR이 임의의 주어진 매체 필드에 대해 달성될 수 있다.

도 8은 본 명세서에 개시된 센서에 대한 센서 영역 위의 신호 분배의 예시적 맵들(800)을 예시한다. 구체적으로, 분포(802)는 가로(ABS에 수직) 이방성 필드(H_k)(네거티브 크로스트랙 이방성 필드)의 존재에서, 더 많은 신호가 FL의 중심(812)에서 생성되는 것을 예시한다. 분포(804)는 이방성 필드(H_k)의 부재에서, FL에서 생성되는 신호는 크로스트랙 방향으로 실질적으로 균일하게 분포되는 것을 예시한다. 다른 한편, 분포(806)는 포지티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)의 존재에서, 더 많은 신호가 FL의 에지들(822, 824)에서, 또는 PM들을 갖는 FL의 크로스트랙 접합 근방에서 생성되는 것을 예시한다.

도 9는 크로스트랙 방향에서 마이크로트랙 리드백 신호 프로파일의 그래프(900)를 예시한다. 예시된 그래프에서, FL 내의 크로스트랙 이방성 필드의 분포는 실질적으로 크로스트랙 방향을 따라 균일하다. 구체적으로, 라인(902)(크로스트랙 이방성 필드(H_k) 없음), 라인(904)(네거티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k) 및 라인(906)(포지티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)) 각각은 신호 진폭을 마이크로트랙과 리더 중심 사이의 크로스트랙 거리(nm)의 함수로서 예시한다. 그래프들(900)은 또한 센서의 다양한 구현들 각각에 대한 MT₅₀, MT₁₀, 및 MT₁₀/MT₅₀의 비율을 예시한다. 도시된 바와 같이, 포지티브 크로스트랙 이방성 필드(H_k)를 갖는 구현은 다른 구현들과 비교하여 1.507의 더 낮은 MT₁₀/MT₅₀을 실질적으로 제공하여, 더 높은 kBPI(킬로 비트들/인치) 능력을 갖는 리더를 야기한다.

상기 명세서, 예들, 및 데이터는 본 발명의 예시적 구현들의 구조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 많은 구현들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있으므로, 본 발명은 이하에 첨부된 청구항들에 있다. 더욱이, 상이한 구현들의 구조적 특징들은 열거된 청구항들로부터 벗어나지 않으면서 또 다른 구현으로 결합될 수 있다. 상술된 구현들 및 구현들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

자유 층(FL)이 크로스트랙 용이 축 이방성을 갖는 센서 스택을 포함하며,
상기 크로스트랙 용이 축 이방성에 의해 생성된 크로스트랙 이방성 필드는 크로스트랙 방향을 따라 상기 FL에서 균일한 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 크로스트랙 용이 축 이방성은 크로스트랙 방향을 따라 양방향성인 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드는 (1) 영구 자석들(PM들) 및 (2) 측면 실드들 중 적어도 하나로부터 상기 FL의 정자기 바이어스를 부분적으로 대체하는 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 FL 내의 크로스트랙 용이 축 이방성은 상기 FL를 증착하기 전에 센서 층 상에 이방성 거칠기를 생성함으로써 도입되는 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 FL 내의 크로스트랙 용이 축 이방성은 (1) 자기 변형 및 (2) 상기 FL의 적어도 일부의 경사 증착 중 적어도 하나에 의해 도입되는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드에 의해 상기 FL의 자기 모멘트 상에 가해지는 토크는 PM들에서 나오는 상기 FL의 정자기 바이어스에 의해 상기 FL의 자기 모멘트 상에 가해지는 토크에서 기인하는 전달 곡선과 비교하여 출력 신호(V)의 진폭과 매체 필드 사이의 전달 곡선의 선형성을 증가시키는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드에 의해 상기 FL의 자기 모멘트 상에 가해지는 토크는 - 0.5 MHk sin(2θ)와 같으며, MHk는 상기 크로스트랙 이방성 필드에 의해 생성되는 최대 토크이고 θ는 상기 FL의 자기 모멘트와 상기 장치의 공기 베어링 표면(ABS)과 평행한 방향 사이의 각도인 장치.
삭제
판독 센서 스택; 및
크로스트랙 방향으로 상기 센서 스택 주위에 위치된 복수의 영구 자석들(PM들)을 포함하며;
상기 판독 센서 스택의 자유 층(FL)은 크로스트랙, 단축 및 양방향인 용이 축 이방성 층을 포함하는 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 PM들은 상기 FL에서 정자기 바이어스를 생성하는 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 크로스트랙 용이 축 이방성 층의 크로스트랙 용이 축 이방성은 크로스트랙 방향으로 상기 FL에 걸쳐 균일한 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 크로스트랙 용이 축 이방성은 상기 PM들로부터 상기 FL의 정자기 바이어스를 부분적으로 대체하는 크로스트랙 이방성 필드를 생성하는 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 FL 내의 크로스트랙 용이 축 이방성은 상기 FL을 증착하기 전에 판독 센서 스택 층 상에 이방성 거칠기를 생성함으로써 도입되는 장치.
삭제
청구항 12에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드에 의해 상기 FL의 자기 모멘트 상에 가해지는 토크는 - 0.5 MHk sin(2θ)과 같으며, MHk는 상기 크로스트랙 이방성 필드에 의해 생성되는 최대 토크이고 θ는 상기 FL의 자기 모멘트와 상기 장치의 공기 베어링 표면(ABS)과 평행한 방향 사이의 각도인 장치.
삭제
크로스트랙 용이 축 이방성을 갖는 자유 층(FL)을 구비한 센서 스택; 및
자기 매체를 포함하고,
상기 자기 매체의 자계는 상기 센서 스택의 공기 베어링 표면(ABS)에 직교하는 방향으로 토크를 상기 FL의 자기 모멘트에 가하고,
상기 크로스트랙 용이 축 이방성에 의해 생성된 크로스트랙 이방성 필드는 크로스트랙 방향을 따라 상기 FL에서 균일한 데이터 저장 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드는 (1) 영구 자석들(PM들) 및 (2) 크로스트랙 방향으로 상기 센서 스택 다음에 위치된 측면 실드들 중 적어도 하나로부터의 상기 FL의 정자기 바이어스를 부분적으로 대체하는 데이터 저장 시스템.
청구항 18에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드에 의해 상기 FL의 자기 모멘트 상에 가해지는 토크는 PM들에서 나오는 FL의 정자기 바이어스에 의해 상기 FL의 자기 모멘트 상에 가해지는 토크보다 낮은 θ에서 더 선형적이며, θ는 상기 FL의 자기 모멘트와 상기 ABS와 평행인 방향 사이의 각도인 데이터 저장 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 크로스트랙 이방성 필드는 상기 자기 매체에 의해 가해지는 토크에 직교하는 데이터 저장 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 FL 내의 크로스트랙 용이 축 이방성은 상기 FL의 적어도 일부의 경사 증착에 의해 도입되는 데이터 저장 시스템.