KR20000061307A

KR20000061307A - 하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치

Info

Publication number: KR20000061307A
Application number: KR1019990010257A
Authority: KR
Inventors: 김종윤
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-16
Also published as: KR100694960B1

Abstract

자기저항헤드 어셈블리에 구비되는 거대 자기저항 센서에 있어서, 상기 센서는 자기기록매체상의 자계의 영향을 받아 기록된 데이터를 독출하는 박막 필름 형태의 프리 레이어와, 상기 프리 레이어의 상측에 적층되는 도전체인 컨덕팅 스페이서와, 상기 컨덕팅 스페이서의 상측에 적층되는 핀드 레이어와, 상기 핀드 레이어의 상측에 적층되어 상기 핀드 레이어의 자구의 자화방향을 상기 자기기록매체면과 수직방향으로 향하도록 잡아주는 반강자성체인 피닝 레이어와, 상기 프리 레이어의 양측에는 상기 프리 레이어 양단의 자구의 자화 방향을 상기 자기기록매체면과 수평방향으로 잡아주기 위하여 설치되는 하드 마그넷과, 상기 하드 마그넷의 상측에는 상기 핀드 레이어의 자구의 자화 방향을 일정하게 잡아주기 위하여 적층되는 어퍼 레이어 및 상기 하드 마그넷과 어퍼 레이어 사이에는 상호 전자기적 간섭을 피하기 위하여 개제되는 절연층으로 형성되어, 상기 핀드 레이어의 자구의 자화 방향과 프리 레이어의 자구의 자화 방향이 상호 간섭을 받지 않는 구성을 갖는다.

Description

하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치{Magneto-Resistive Head For Hard Disk Drive}

본 발명은 하드디스크 드라이브의 자기저항헤드(Magneto-resistive Head) 장치에 관한 것으로서, 특히 스핀밸브 타입 거대 자기저항센서(Spin-valve Type Giant Magneto-resistive Sensor)에 구비되는 하드 마그넷(Hard Magnet)의 구조에 관한 것이다.

통상적으로, 자기기록매체(Magnetic Recoding Midium)상에 정보를 기록/독출하기 위한 장치로는 자기헤드장치를 사용한다. 상기 자기헤드장치는 회전하는 자기기록매체상의 자속의 방향을 변화시켜 데이터를 기록하며, 상기 변화된 자속의 방향으로 인한 저항의 변화에 따라 기록된 데이터를 독출한다.

상기 자기헤드장치는 자기기록매체상의 자속의 방향으로 인한 저항의 변화값을 읽기 위하여 AMR센서(Anisotropic Magnetic-resistive Sensor)나 GMR센서(Giant Magneto-resistive Sensor)를 사용하게 된다. 따라서, 독출장치로 상기 AMR센서나, GMR센서가 적용되는 헤드장치를 자기저항헤드 장치라 한다.

특히, 상기 GMR센서(이하, '거대 자기저항센서'라 함)은 AMR센서보다 자기기록매체상의 자속의 방향에 따른 저항의 변화가 전류를 일정하게 인가시키더라도 크게 작용하기 때문에 그만큼 데이터를 억세스하는 능력이 뛰어나게 된다. 따라서, 상기 거대 자기저항센서는 고용량 고밀도를 요구하는 자기기록장치에 널리 사용되고 있는 실정이다.

도 1은 자기저항헤드 어셈블리의 위치를 도시한 슬라이더의 사시도로써, 고속으로 회전가능하도록 설치된 자기기록매체상에서 유동 하능하도록 설치된 일정 엑추에이터의 단부에 자기저항헤드 어셈블리(10)가 설치된 슬라이더(100)를 위치시키므로써 기록매체상의 데이터를 기록 또는 독출하게 되는 것이다. 일반적으로, 하드디스크와 같은 자기기록매체상의 슬라이더는 일정높이로 부상하여 그 하측면상에 설치된 자기저항헤드 어셈블리(10)가 그 기능을 수행하게 된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 자기기록매체와 접하는 슬라이더(100)의 하부면 적소에 자기저항헤드 어셈블리(10)가 설치된다. 또한, 상기 자기저항헤드 어셈블리(10)의 상부면인 슬라이더(100)의 하부면상에는 상기 자기저항헤드 어셈블리(10)를 보호하고 윤활작용을 할 수 있도록 ABS(Air Bearing Surface)면(101)으로 가공된다. 상기 ABS면(101)은 DLC(Dimond Like Carbon)층으로 형성되어 있다.

도 2는 일반 자기저항헤드 어셈블리의 구성도로써, 기록상부폴(Upper Write Pole)(11)과, 상기 기록상부폴과 일정거리의 쓰기갭(12a)을 갖도록 이격되어 있는 기록하부폴(Lower Write Pole)(12)과, 상기 기록하부폴과 일정 거리를 유지하도록 설치되어 있는 하부방어막(Lower Shield)(14) 및 상기 기록하부폴(12)과 하부방어막(14) 사이에 위치하여 기록매체상의 자기적 특성에 따라 전기적 특성이 변화되도록 설치되는 자기저항센서(20)로 구성된다. 상기 자기저항센서(20)로는 거대 자기저항센서(GMR Sensor)를 사용하게 된다.

상기와 같이 구성되는 자기저항헤드 어셈블리(10)는 슬라이더의 하부면 적소에 스퍼터링 공정에 의해 각각의 단부가 슬라이더의 하부면과 일치하도록 설치되어 있으며, 상기 스퍼터링 공정에 의해 채워지는 충진물로는 SiO₂와 같은 글래스 재질등을 사용하고 있다.

도 3은 자기저항센서의 위치를 도시한 일반 자기저항헤드 어셈블리의 부분단면도이다.

도 2에 구성된 자기저항헤드 어셈블리(10)를 단면으로 보았을때에는 도 3에 도시한 바와 같이, 기록상부폴(11)과 기록하부폴(12) 사이에는 코일(11a)이 다수번 권선되어 있으며, 상기 코일(11a)에 전류를 인가시키므로써, 그 하측의 자기기록매체(30)상의 자속의 방향을 변화시키는 방식으로 데이터를 기록하게 된다.

또한, 상기 자기기록매체(30)상에 기록되어 있는 데이터를 독출하기 위한 거대 자기저항센서(20)는 상기 기록상부폴(11)과 하부방어막(14) 사이에 위치하게 된다. 따라서, 상기 거대 자기저항센서(20)에 일정한 전류를 인가시켰을때, 그 하측의 자기기록매체(30)상의 자속의 방향에 따라 저항이 변하는 값을 읽게 되므로써 상기 자기기록매체상의 데이터를 독출할 수 있는 것이다.

이때, 도 3에 도시한 바와 같이, 슬라이더의 하측면상에는 일정 두께를 갖는 DLC(Dimond Like Carbon)층인 ABS면(15)이 형성되므로써 상기 자기기록매체와의 접촉시, 윤활작용 및 자기저항헤드 어셈블리(10)의 마모를 방지하는 역할을 하게 된다.

도 4는 종래 기술의 일실시예에 따른 거대 자기저항센서의 구성도이다.

종래의 거대 자기저항센서의 구조는 도 4에 도시한 바와 같이, 피닝 레이어(Pinning Layer)(21)와, 상기 피닝 레이어에 의해서 자구의 자화 방향이 일정하게 잡히는 핀드 레이어(Pinned Layer)(22)와, 컨덕팅 스페이서(Conducting Spacer)(23) 및 실질적인 센서층인 프리 레이어(Free Layer 또는 Sensing Layer)(24)가 차례대로 커플링(적층)되는 구성을 갖는다.

상기 피닝 레이어(21)는 반강자성체(Antiferromagnetic Material)를 사용하여 전류를 인가시켰을때, 그 하측의 강자성체인 핀드 레이어(22)의 자구의 자화방향이 자기기록매체의 표면과 수직방향으로 유지될 수 있도록 한다. 상기 피닝 레이어(21)는 FeMn, NiMn등의 재질로 형성된다.

또한, 컨덕팅 스페이서(23)를 경계로 위치한 상기 핀드 레이어(22)와 프리 레이어(24)는 퍼멀로이(Permalloy)와 같은 강자성체를 재질로 사용한다. 상기 퍼멀로이는 비투자율이 매우크고, 자화에 따른 히스테리시스 특성을 나타내는 물질이기 때문에 자구의 구조를 가지고 있다. 따라서, 상기 퍼멀로이 재질의 프리 레이어(24)에 전류를 인가시키게 되면 자구에 의해 전자가 프리 레이어(24)에서 컨덕팅 스페이서(23)를 경유하여 핀드 레이어(22)에 도달하게 되는 것이다. 상기 퍼멀로이 재질로는 NiFe를 사용하게 된다.

이때, 증착이나 전착등의 공정으로 형성된 강자성 박막체인 상기 프리 레이어(24)는 자구가 일정한 방향을 향하도록 싱글 도메인(Single Magnetic Domain)으로 형성되어야 하나, 그 구조상 양 단부 영역의 자구는 일정한 방향을 향하고 있지 않게되며, 이로 인하여 양단에는 에지 이팩트(Edge Effect)나 바크하우젠 노이즈(Barkhausen Noise)가 발생하게 된다.

따라서, 상기와 같은 에지 이팩트나 바크하우젠 노이즈를 줄여, 상기 프리 레이어(24)의 양단에 위치한 자구의 자화방향을 일방향으로 잡아주기 위한 영구자석인 하드 마그넷(Hard Magnet)(25)이 상기 프리 레이어(24)의 양단에 각각 설치된다. 상기 하드 마그넷(25)은 Co, Cr, Pt의 합금인 CoCrPt을 사용하게 된다.

또한, 상기 각 하드 마그넷(25)의 최상측에는 전도성 재질인 리드부(Lead Portion)(26)가 각각 적층되어 상기 프리 레이어(24)에 전류를 인가시키게 된다.

그러나 상기와 같이 설치된 하드 마그넷은 프리 레이어에서 최상측인 피닝 레이어까지 접하도록 설치되어 있다. 따라서, 자기기록매체면과 평행한 방향으로 자구의 자화방향을 잡아주기 위하여 프리 레이어의 양단에 위치한 하드 마그넷은 핀드 레이어의 자구의 자화방향을 기록매체면과 수직으로 잡아주기 위한 피닝 레이어의 양단까지 접해있기 때문에 상호 법선방향으로 간섭을 하게 되며, 이로 인하여 GMR 헤드의 불안정성을 초래하게 되는 문제점이 발생하게 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 핀드 레이어의 자구의 자화방향과 프리 레이어의 자구의 자화방향이 상호 간섭받지 않도록 하드 마그넷이 설치된 구조를 갖는 GMR 센서를 구비한 하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 프리 레이어의 싱글 도메인화를 위하여 설치되는 하드 마그넷이 그 상측의 핀드 레이어에 영향을 받지않도록 설치되어 GMR 센서의 불안정성을 제거한 하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자기기록매체상에 데이터를 기록/독출하기 위하여 슬라이더의 하부면 적소에 다수번 권선된 코일을 구비한 기록상부폴과, 상기 기록상부폴과 일정간격으로 이격되어 쓰기갭을 갖도록 설치되는 기록하부폴과, 상기 기록하부폴과 일정간격으로 이격되도록 설치된 하부방어막과, 상기 기록하부폴과 하부방어막 사이에 읽기기능을 갖도록 설치되는 다수의 층을 갖는 자기저항센서로 구성되는 자기저항 헤드 장치에 있어서, 상기 자기저항센서의 다수의 층 양단에는 각 층의 자구의 자화방향을 원하는 방향으로 잡아주기 위하여 절연층을 개제한 하드마그넷과 어퍼레이어의 3중구조로 형성함을 특징으로 한다.

도 1은 자기저항헤드 어셈블리의 위치를 도시한 슬라이더의 사시도.

도 2는 일반 자기저항헤드 어셈블리의 구성도.

도 3은 자기저항센서의 위치를 도시한 일반 자기저항헤드 어셈블리의 부분단면도.

도 4는 종래 기술의 일실시예에 따른 거대 자기저항센서의 구성도.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 거대 자기저항센서의 구성도.

＜도면의 주요 부호에 대한 설명＞

20: 거대 자기저항센서 21: 피닝 레이어(Pinning Layer)

22: 핀드 레이어(Pinned Layer) 23: 컨덕팅 스페이서

24: 프리 레이어(Free Layer) 250: 하드 마그넷(Hard Magnet)

251: 절연층(Insulating Layer) 252: 어퍼 레이어(Upper Layer)

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일 한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호가 사용되고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 거대 자기저항센서의 구성도이다.

본 발명에 의한 자기저항헤드 어셈블리의 구성은 상기 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한바, 생략하기로 한다. 따라서, 상기 자기저항헤드 어셈블리에 적용되는 거대 자기저항 센서의 구성에 대해 기술하기로 한다.

본 발명에 의한 거대 자기저항 센서(GMR Sensor; Giant Magneto-resistive Sensor)는 도 5에 도시한 바와 같이, 피닝 레이어(Pinning Layer)(21)와, 상기 피닝 레이어에 의해서 자구의 자화 방향이 일정하게 잡히는 핀드 레이어(Pinned Layer)(22)와, 컨덕팅 스페이서(Conducting Spacer)(23) 및 실질적인 센서층인 프리 레이어(Free Layer 또는 Sensing Layer)(24)가 차례대로 커플링(적층)되는 구성을 갖는다.

따라서, 상기와 같은 에지 이팩트나 바크하우젠 노이즈를 줄여, 상기 프리 레이어(24)의 양단에 위치한 자구의 자화방향을 일방향으로 잡아주기 위한 영구자석인 하드 마그넷(Hard Magnet)(250)이 상기 프리 레이어(24)의 양단에 각각 설치된다. 상기 하드 마그넷(250)은 Co, Cr, Pt의 합금인 CoCrPt을 사용하게 된다.

또한, 상기 각 하드 마그넷(250)의 최상측에는 전도성재질인 리드부(Lead Portion)(26)가 각각 적층되어 상기 프리 레이어(24)에 전류를 인가시키게 된다.

이때, 상기 하드 마그넷(250)은 상기 프리 레이어(24)의 양측면상에만 접촉되도록 설치된다. 그후, 상기 하드 마그넷(250)의 상측에는 전자기적으로 절연성을 가지는 절연층(Insulating Layer)(251)이 형성된다. 상기 절연층(251)의 상부에는 별도의 어퍼 레이어(Upper Layer)(252)를 적층시키게 된다. 상기 어퍼 레이어(252)는 상기 피닝 레이어(21)와 같은 재질로 형성시켜, 상기 피닝 레이어(21)가 핀드 레이어(22)의 자구의 자화방향을 잡아주는 것을 보조하게 된다.

따라서, 상기 절연층(251)은 AL₂O₃나, SiO₂를 사용하게 된다. 또한, 상기 어퍼 레이어(252)는 상기 피닝 레이어(21)와 같은 반강자성체인 FeMn이나 NiMn를 사용하게 된다. 즉, 상기 하드 마그넷(250)은 자기기록매체면과 평행하게 프리 레이어(24)의 자구의 자화 방향을 잡도록 보조하고 있으며, 어퍼 레이어(252)는 자기기록매체면과 수직으로 핀드 레이어(22)의 자구의 자화 방향을 잡도록 보조하고 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 거대 자기저항 센서는 프리 레이어의 자구의 자화방향을 기록매체면과 평행한 방향으로 잡는 하드 마그넷과 핀드 레이어의 자구의 자화 방향을 기록매체면과 수직방향으로 잡는 어퍼 레이어를 절연체를 개제하여 적층되는 구조로 설치하므로써, 핀드 레이어의 자구의 자화 방향과 프리 레이어의 자구의 자화 방향이 상호 간섭을 받지 않기때문에 GMR센서의 불안정성을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims

자기기록매체상에 데이터를 기록/독출하기 위하여 슬라이더의 하부면 적소에 다수번 권선된 코일을 구비한 기록상부폴과, 상기 기록상부폴과 일정간격으로 이격되어 쓰기갭을 갖도록 설치되는 기록하부폴과, 상기 기록하부폴과 일정간격으로 이격되도록 설치된 하부방어막과, 상기 기록하부폴과 하부방어막 사이에 읽기기능을 갖도록 설치되는 다수의 층을 갖는 자기저항센서로 구성되는 자기저항 헤드 장치에 있어서,

상기 자기저항센서의 다수의 층 양측은 각 층의 자구의 자화방향을 원하는 방향으로 잡아주기 위하여 절연층을 개제한 하드마그넷과 어퍼레이어의 3중구조로 형성함을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 어퍼 레이어는 반강자성체인 FeMn이나 NiMn으로 형성함을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 절연층은 AL₂O₃나, SiO₂로 형성함을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 자기저항 헤드 장치.