KR20040008220A - 저온 요크형 터널 밸브 센서 - Google Patents

저온 요크형 터널 밸브 센서 Download PDF

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KR20040008220A KR10-2003-7016233A KR20037016233A KR20040008220A KR 20040008220 A KR20040008220 A KR 20040008220A KR 20037016233 A KR20037016233 A KR 20037016233A KR 20040008220 A KR20040008220 A KR 20040008220A
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Abstract

본 발명의 판독 헤드는 전기 전도성의 제1 강자성 요크층(Y1, 226) 및 제2 강자성 요크층(Y2, 228)과, ABS로부터 리세스되어 있고 제1 강자성 요크층과 제2 강자성 요크층 사이에 위치하는 터널 밸브 센서(201)를 포함한다. 제1 및 제2 요크층은 ABS로 연장되어 센서에 자속을 전도하고, 센서를 지나 헤드 내로 연장되어 있다. 제1 구리 구조체(246)는 터널 밸브 센서의 하부 표면과 경계면을 이루고, 제2 구리 구조체(248)는 터널 밸브 센서의 상부 표면과 경계면을 이룬다. 본 발명의 제1 실시예의 경우에는, 제1 및 제2 구리 구조체가 센서로부터 각각 제1 및 제2 요크층으로 열을 전도하고, 본 발명의 제2 실시예의 경우에는, 하부 구리 구조체가 기판(245)으로 열을 전도하고 상부 구리 구조체가 센서로부터 제2 요크층으로 열을 전도한다. 또한, 제1 실시예의 경우에는, 제1 및 제2 요크층이 터널링 전류를 위한 리드로서의 역할을 하고, 제2 실시예의 경우에는, 하부 구리 구조체와 제2 요크층이 터널링 전류를 위한 리드로서의 역할을 한다.

Description

저온 요크형 터널 밸브 센서{LOW TEMPERATURE YOKE TYPE TUNNEL VALVE SENSOR}
컴퓨터의 심장부는 회전 자기 디스크, 판독 및 기록 헤더를 갖는 슬라이더, 회전 자기 디스크 상의 서스펜션 아암, 그리고 서스펜션 아암을 회전시켜 판독 및 기록 헤더를 회전 자기 디스크 상의 선택된 원형 트랙에 배치하는 액츄에이터 아암을 포함하는 자기 디스크 드라이브이다. 서스펜션 아암은 디스크가 회전하고 있지 않을 때에 디스크의 표면에 슬라이더를 접촉시키나, 디스크가 회전 중일 때에는 슬라이더의 에어 베어링 서페이스(ABS)에 인접한 회전 디스크가 슬라이더를 회전 디스크의 표면으로부터 약간의 간격을 두고 에어 베어링 상에 얹힘으로써, 공기가 흐르게 된다. 슬라이더가 에어 베어링 상에 얹혀 있을 때, 기록 및 판독 헤더를 이용하여 회전 디스크에 자기 흔적을 기록하고 회전 디스크로부터 자계 신호를 판독한다. 판독 및 기록 헤더는 판독 및 기록 기능을 실행하는 컴퓨터 프로그램에 따라동작하는 처리 회로에 접속되어 있다.
예시적인 고성능 판독 헤더는 회전 자기 디스크로부터 자계 신호를 감지하는 터널 밸브 센서를 채용한다. 그 센서는 강자성 피고정(pined)층과 강자성 자유(free)층 사이에 개재되어 있는 비자기 비전기 전도성 터널링 또는 장벽층을 포함한다. 반강자성 고정(pinning)층은 강자성 피고정층과 경계면을 이루어, 강자성 피고정층의 자기 모멘트를 에어 베어링 서페이스(ABS)에 대해 90°로 고정시키는데, 여기서 ABS는 회전 디스크를 향해 있는 센서의 노출 표면이다. 터널 밸브 센서는 제1 강자성 실드층과 제2 강자성 실드층 사이에 위치한다. 터널 밸브 센서에는 제1 및 제2 실드층일 수 있는 제1 및 제2 리드가 접속되어, 센서를 통해 터널링 전류를 전도한다. 터널링 전류는 센서의 주된 막 평면(CPP)에 수직인 방향으로 전도되고, 이와는 대조적으로 스핀 밸브 센서에서는 센서 전류가 스핀 밸브 센서의 주된 막 평면(CIP)에 평행한 방향으로 전도된다. 자유층의 자기 모멘트는 회전 자기 디스크로부터의 포지티브 및 네거티브 자계 신호에 응답하여 정지 또는 제로 바이어스 포인트 위치로부터 ABS에 대해 상하로 자유로이 회전 가능하다. ABS에 평행한 자유층의 자기 모멘트의 정지 위치는 회전 자기 디스크로부터의 자계 신호없이 터널링 전류가 센서를 통해 전도될 때의 위치이다.
피고정층의 자기 모멘트와 자유층의 자기 모멘트가 서로에 대해 평행할 때가 터널링 전류(IT)에 대한 터널 밸브 센서의 저항이 최소가 되고, 피고정층의 자기 모멘트와 자유층의 자기 모멘트가 서로 역평행할 때가 터널링 전류(IT)에 대한 터널밸브 센서의 저항이 최대가 된다. 터널 밸브 센서 저항의 변화는 cos θ의 함수와 같은데, 여기서 θ는 피고정층의 자기 모멘트와 자유층의 자기 모멘트 사이의 각도이다. 터널링 전류(IT)가 터널 밸브 센서를 통해 전도될 때, 회전 자기 디스크로부터의 자계 신호로 인해 저항이 변화되고, 이로 인해 검출되어 재생 신호로서 처리되는 전위 변화가 일어난다. 터널 밸브 센서의 감도는 자기저항 계수 dr/R로 정량화되는데, 여기서 dr은 최소 저항(피고정층의 자기 모멘트와 자유층의 자기 모멘트가 서로에 대해 평행할 때)에서 최대 저항(피고정층의 자기 모멘트와 자유층의 자기 모멘트가 서로 역평행할 때)으로의 터널 밸브 센서 저항의 변화이고, R은 터널 밸브 센서의 저항의 최소 저항이다. 터널 밸브 센서의 dr/R은 약 40 %이고, 이에 비해 스핀 밸브 센서의 경우는 10 %이다.
제1 및 제2 실드층은 각각 터널 밸브 센서의 하부 및 상부에 체결되어, 터널링 전류(IT)를 터널 밸브 센서의 층들의 주된 평면에 수직인 방향으로 터널 밸브 센서를 통해 전도하는 리드로서의 역할을 한다. 터널 밸브 센서는 ABS와 교차하는 제1 및 제2 측 표면을 갖는다. 제1 및 제2 하드 바이어스 층은 각각 제1 및 제2 측 표면에 인접하여 자유층을 장방향으로 바이어스시킨다. 이러한 장방향의 바이어스는 자유층을 단일 자기 영역 상태로 유지시켜, 판독 헤드가 정지 상태에 있을 때 자유층의 자기 모멘트를 ABS에 평행하게 유지시킨다.
각각 판독 헤드와 기록 헤드의 조합체를 포함하는 자기 헤드 어셈블리들은 웨이퍼 상에 행렬로 구성되어 있다. 웨이퍼 수준으로 완성한 후, 웨이퍼를 자기 헤드 어셈블리의 행으로 다이싱하고, 각 행을 연마 처리에 의해 소정의 에어 베어링 서페이스(ABS)로 연마한다. 통상의 터널 밸브 판독 헤드의 경우, 모든 층, 즉 제1 실드층, 시드층, 자유층, 장벽층, 피고정층, 고정층, 제2 실드층 각각의 제1 에지는 ABS에 노출되어 있다. 이들 층의 반대 에지는 헤드 내에 리세스되어 있다. 장벽층은 약 20 Å의 매우 얇은 층으로서, ABS에서 자유층과 피고정층을 서로에 대해 매우 밀접하게 배치시킨다. 자기 헤드 어셈블리의 행이 연마될 때, 자유층과 피고정층으로부터의 자기 재료가 ABS에서 장벽층을 따라 번져 그들간의 단락을 야기시킬 위험성이 높다. 따라서, 연마로 인해 ABS에서 자유층과 피고정층간의 단락이 야기되는 일 없이 터널 밸브 헤드를 갖는 자기 헤드 어셈블리를 구성할 필요가 있다.
본 발명은 저온 요크형 터널 밸브 센서에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 제1 및 제2 구리 구조체가 2개의 요크층 중 적어도 하나에 열을 전도하고, 그 요크층이 터널 밸브 센서에 터널링 전류(IT)를 전도하고 에어 베어링 서페이스(ABS)로부터 센서에 자속(flux)을 전도하는 센서에 관한 것이다.
도 1은 예시적인 종래 기술의 자기 디스크 드라이브의 평면도이다.
도 2는 도 1의 평면 2-2에서 본 자기 디스크 드라이브의 자기 헤드를 갖는 슬라이더의 종단도이다.
도 3은 다중 디스크 및 자기 헤드를 채용한 자기 디스크 드라이브의 입면도이다.
도 4는 슬라이더와 자기 헤드를 지지하는 예시적인 서스펜션 시스템의 등측도이다.
도 5는 도 2의 평면 5-5를 따라 절취한 자기 헤드의 ABS 도면이다.
도 6은 도 2의 평면 6-6에서 본 통합 자기 헤드를 갖는 슬라이더의 부분도이다.
도 7은 통합 자기 헤드의 판독 및 기록 요소를 보여주기 위해서 도 6의 평면 7-7을 따라 절취한 슬라이더의 ABS 부분도이다.
도 8은 코일층과 리드 상의 모든 재료를 제거한 도 6의 평면 8-8을 따라 절취한 도면이다.
도 9는 본 발명의 요크형 터널 밸브 센서의 종단면도이다.
도 10은 절연층을 제거하고 시계 방향으로 90° 회전시킨 도 9의 평면 10-10을 따라 절취한 도면이다.
도 11은 도 9의 평면 11-11을 따라 절취한 도면이다.
도 12는 본 발명의 요크형 터널 밸브 센서의 제2 실시예의 종단면도이다.
도 13은 금속 요소 상의 절연층을 제거하고 시계 방향으로 90° 회전시킨 도 12의 평면 13-13을 따라 절취한 도면이다.
도 14는 도 12의 평면 14-14를 따라 절취한 도면이다.
본 발명은 터널 밸브 센서와 제1 및 제2 요크층을 포함하는 판독 헤드를 제공하는데, 여기서 터널 밸브 센서는 ABS로부터 리세스되어 있고, 제1 및 제2 요크층은 터널 밸브 센서에 자기적으로 접속되고 ABS로 연장되어 회전 자기 디스크로부터 터널 밸브 센서로 자계 신호를 전도한다. 터널 밸브 센서가 리세스됨으로써, 헤드를 연마하여도, 전도성 재료가 장벽층을 따라 번져 장벽층 양단의 터널링 전류(IT)의 단락이 발생하는 일이 없을 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 터널 밸브 센서 아래의 제1 요크층은 ABS에서 폭이 넓고, ABS로부터 헤드 내로 연장되어도 그 폭을 유지한다. 제1 요크층은 터널 밸브 센서를 위한 방열기로서의 역할을 한다. 이에 반해, 제2 요크층은 판독 헤드의 트랙 폭을 설정하고 정의해야 하므로 ABS에서 폭이 매우 좁고, 자기 결합이 이루어지는 ABS로부터 터널 밸브 센서로 갈수록 폭이 증가한다. 이러한 구성의 경우, 터널링 전류(IT)에 대한 터널 밸브 센서의 저항을 줄이기 위해서 터널 밸브 센서의 폭을 크게 하면서도 매우 좁은 트랙 폭을 달성할 수 있다. 터널 밸브 센서에서부터 제2 요크층은 트랙 폭보다 큰 폭을 유지하여 터널 밸브 센서를 위한 또 다른 방열기로서의 역할을 한다. ABS에서의 제1 및 제2 요크층간의 간격이 판독 헤드의 판독 갭을 정의한다. 이 판독 갭은 터널 밸브 센서가 ABS에 위치하고 그 판독 갭이 제1 및 제2 실드층간의 간격으로 정의될 때보다 매우 좁다. 판독 갭이 좁을수록 회전 자기 디스크의 트랙에 따른 인치 당 자기 비트수가 증가한다. 또한, 트랙 폭이 좁을수록 회전 자기 디스크의 반경에 따른 인치 당 트랙수도 증가한다. 이들 두 값, 즉 인치 당 비트수(BPI)과 인치 당 트랙수(TPI)의 적이 판독 헤드의 기억 영역 밀도이다. 제1 및 제2 요크층에 의해 기억 영역 밀도가 매우 증가함으로써, 자기 디스크 드라이브의 기억 용량이 상당히 증가한다.
터널링 전류(IT)는 터널 밸브 센서의 상부 표면과 하부 표면 사이를 흐른다. 본 발명은 터널 밸브 센서의 하부 표면과 경계면을 이루는 제1 구리(Cu) 구조체와, 터널 밸브 센서의 상부 표면과 경계면을 이루는 제2 구리 구조체를 제공한다. 이 제1 및 제2 구리 구조체의 채용 목적은 터널 밸브 센서가 동작하는 동안에 그곳으로부터 열을 전도하기 위한 것이다. 본 발명에 대한 2개의 바람직한 실시예가 있다. 제1 실시예든 제2 실시예든, 제2 구리 구조체는 터널 밸브 센서로부터 제2 요크층으로 열을 전도한다. 그러나, 제1 구리 구조체는, 제1 실시예의 경우에는 터널밸브 센서로부터 제1 요크층으로 열을 전도하고, 제2 실시예의 경우에는 터널 밸브 센서로부터 기판으로 열을 전도한다.
또한, 제1 실시예에 있어서, 터널 밸브 센서의 상부 표면은 상부 표면 앞쪽 부분과 상부 표면 뒤쪽 부분 사이에 위치하는 중간 부분을 갖는다. 제2 요크층은 제1 요크층 부분 및 제2 요크층 부분을 갖고, 제1 요크층 부분은 ABS의 일부분을 형성하는 전면을 갖는다. 제2 요크층의 제1 요크층 부분은 터널 밸브 센서의 상부 표면 앞쪽 부분과 경계면을 이루고, 제2 요크층의 제2 요크층 부분은 터널 밸브 센서의 상부 표면 뒤쪽 부분과 경계면을 이룬다. 제2 구리 구조체는 터널 밸브 센서의 상부 표면 중간 부분, 제2 요크층의 제1 및 제2 요크층 부분의 각각과 경계면을 이룬다. 이러한 구성의 경우, 터널 밸브 센서로부터 제2 구리 구조체로, 그리고 방열기로서의 역할을 하는 제2 요크층의 제1 및 제2 요크층 부분으로 열을 빠르게 방산시킨다. 또한, 제1 실시예에 있어서, 제1 구리 구조체는 터널 밸브 센서의 하부 표면과 제1 요크층의 상부 표면 사이에 위치하여 그것들과 각각 경계면을 이루어, 제1 구리 구조체로, 그리고 방열기로서의 역할을 하는 제1 요크층으로 열을 빠르게 방산시킨다. 제1 실시예에 있어서, 제2 요크층의 제2 요크층 부분과 제1 요크층의 양단에는 터널링 전류(IT)원이 접속되어 터널 밸브 센서의 상부 표면과 하부 표면 사이에 터널링 전류가 흐르게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서는, 제2 요크층이 제1 및 제2 요크층 부분을 갖지 않고, 제1 요크층이 제1 및 제2 요크층 부분을 갖는다. 제2 요크층은 여러 부분으로 분할되지 않은 상태로 ABS에서부터 터널 밸브 센서의 상부 표면을 지나 헤드 내로 연장된다. 터널 밸브 센서의 상부 표면과 제2 요크층 사이에는 제2 구리 구조체가 위치하여, 터널 밸브 센서의 상부 표면으로부터 열을 흡수하여 그 열을 방열기로서의 역할을 하는 제2 요크층으로 전도한다. 터널 밸브 센서는 제1 요크층의 제1 요크층 부분과 제2 요크층 부분 사이에 위치하는데, 그 중 제1 요크층 부분은 ABS에 위치하고 소정의 폭(판독 헤드의 트랙 폭 TW를 정의함)을 갖는다. 제1 요크층의 제1 요크층 부분과 제2 요크층간의 간격은 판독 헤드의 판독 갭을 정의하며, 터널 밸브 센서가 ABS에 위치할 때보다 매우 좁다. 따라서, 제2 실시예는 제1 실시예와 마찬가지로 기억 영역 밀도가 매우 높다. 제2 실시예의 경우, 제1 구리 구조체는 터널 밸브 센서의 하부 표면과 방열기로서의 역할을 하는 기판의 상부 표면 사이에 위치하여 그것들과 각각 경계면을 이룸으로써, 터널 밸브 센서의 하부로부터 제1 구리 구조체로, 그리고 기판으로 열을 방산시킨다. 제2 실시예의 경우, 터널링 전류(IT)원은 제1 구리 구조체와 제2 요크층의 양단에 접속되어 터널 밸브 센서의 상부 표면과 하부 표면 사이에 터널링 전류(IT)가 흐르게 된다.
양자의 실시예에서, 터널 밸브 센서는 폭이 넓은데, 그 결과 그 단면적이 커져 큰 터널링 전류(IT)를 전도할 수 있다. 이것은 터널 밸브 센서를 향한 헤드로 연장될수록 폭이 증가하는 트랙 폭을 정의하는 요크층에 의해 가능한 것이다.
본 발명의 목적은 저온 요크형 터널 밸브 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기억 영역 밀도가 높은 터널 밸브 센서를 제공하는 것인데, 여기서 상부 및 하부 구리 구조체는 터널 밸브 센서로부터 방열기로 열을방산시키고, 부식 방지를 위해서 ABS로부터 리세스되어 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 터널 밸브 센서를 제조하는 다양한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적 및 부수적인 이점은 첨부한 도면과 함께 이어지는 상세한 설명 부분을 읽음으로써 알 수 있다.
자기 디스크 드라이브
동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여한 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 3은 자기 디스크 드라이브(30)를 도시하고 있다. 자기 디스크 드라이브(30)는 자기 디스크(34)를 지지하고 회전시키는 스핀들(32)을 포함한다. 스핀들(32)은 모터 제어기(38)로 제어되는 스핀들 모터(36)에 의해 회전된다. 슬라이더(42)는 통합 판독 및 기록 자기 헤드(40)를 갖고, 액츄에이터(47)에 의해 회전 가능하게 배치되어 있는 서스펜션(44) 및 액츄에이터 아암(46)에 의해 지지된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 디스크, 슬라이더 및 서스펜션을 대용량 직접 액세스 기억 장치(DASD)에 채용할 수 있다. 액츄에이터(47)에 의해 서스펜션(44) 및 엑츄에이터 아암(46)을 이동시켜, 자기 헤드(40)가 자기 디스크(34)의 표면과의 변환 동작을 수행할 수 있도록 슬라이더(42)를 배치한다. 스핀들러 모터(36)에 의해디스크(34)가 회전될 때, 슬라이더는 디스크(34)의 표면과 에어 베어링 서페이스(ABS)(48) 사이의 얇은(통상, 0.05 ㎛) 에어 큐션(에러 베어링)에 의해 지지된다. 다음, 자기 헤드(40)는 디스크(34)의 표면 상의 다중 원형 트랙으로부터 정보를 판독함은 물론이고, 그곳에 정보를 기록하는 데 이용될 수 있다. 처리 회로(50)는 그러한 정보를 나타내는 신호를 자기 헤드(40)와 교환하고, 스핀들 모터 구동 신호를 제공하여 자기 디스크(34)를 회전시키며, 엑츄에이터에 제어 신호를 제공하여 슬라이더를 다양한 위치의 트랙으로 이동시킨다. 도 4에 도시한 바와 같이, 슬라이더(42)는 서스펜션(44)에 장착되어 있다. 전술한 구성 요소들은 도 3에 도시한 바와 같이 하우징(55) 내의 프레임(54) 상에 장착될 수 있다.
도 5는 슬라이더(42)와 자기 헤드(40)의 ABS 도면이다. 슬라이더는 자기 헤드(40)를 지지하는 중앙 레일(56)과, 측면 레일(58, 60)을 갖는다. 각 레일(56, 58, 60)은 횡단 레일(62)로부터 연장되어 있다. 자기 디스크(34)가 회전하는 경우에 대하여, 횡단 레일(34)은 슬라이더의 선두 에지에 존재하고 자기 헤드(40)는 슬라이더의 후미 에지(66)에 존재한다.
도 6은 기록 헤드부(70)와, 본 발명의 터널 밸브 센서(74)를 채용한 판독 헤드부(72)를 포함하는 통합 자기 헤드(40)의 측단면도이다. 도 7은 도 6의 ABS 도면이다. 터널 밸브 센서(74)는 제1 강자성 실드층과 제2 강자성 실드층(82) 사이에 개재되어 있다. 터널 밸브 센서(74)의 저항은 외부 자계에 따라 변화한다. 이러한 저항 변화는 센서를 통해 전도되는 터널링 전류(IT)에 의해 일어나 전위 변화로서 나타난다. 다음에 이러한 전위 변화는 도 3에 도시한 처리 회로(50)에서 재생 신호로서 처리된다. 터널링 전류(IT)는 제1 및 제2 리드로서의 역할을 하는 제1 및 제2 실드층(80, 82)에 의해 터널 밸브 센서(74)의 주된 막 표면의 평면에 수직인 방향으로 터널 밸브 센서를 통해 전도될 수 있다. 피기백 헤드(도시 생략)의 경우, 제2 실드층과 제1 폴피스(pole piece)층은 비자성 절연층에 의해 분리되어 있는 별도의 층이다.
자기 헤드(40)의 기록 헤드부(70)는 제1 절연층(86)과 제2 절연층(88) 사이에 개재되어 있는 코일층(84)을 포함한다. 제3 절연층(90)을 이용하여 자기 헤드를 평탄화함으로써, 코일층(84)에 의해 야기되는 제2 절연층에서의 잔물결을 제거할 수 있다. 먼저, 본 기술 분야에서는 제2 및 제3 절연층을 "절연 스택"이라고 부른다. 코일층(84)과 제1, 제2 및 제3 절연층(86, 88, 90)은 제1 폴피스층(92)과 제2 폴피스층(94) 사이에 개재되어 있다. 제1 폴피스층(92)과 제2 폴피스층(94)은 백갭(back gap)(96)에서 자기적으로 결합되어 있고, 그의 제1 폴팁(pole tip)(98)과 제2 폴팁(100)은 ABS에서 기록 갭층(102)에 의해 분리되어 있다. 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 솔더 커넥션(104, 106)은 터널 밸브 센서(74)로부터 서스펜션(44) 상의 리드(112, 114)로 리드를 접속시키고, 제3 및 제4 솔더 커넥션(116, 118)은 코일(84)(도 8 참조)로부터 서스펜션 상의 리드(124, 126)로 리드(120, 122)를 접속시킨다.
본 발명
도 9는 전면(202)과 후면(204)이 있고 ABS로부터 헤드 내에 리세스되어 있는 터널 밸브 센서(201)를 갖는 본 발명의 판독 헤드(200)의 종단면도이다. 터널 밸브센서(201)는 피고정층(P)(214)과 자유층(F)(216) 사이에 위치한 비전기 전도성 장벽층(212)을 갖는다. 피고정층(214)의 자기 모멘트(218)는 도 9에 도시한 바와 같이 반강자성(AFM) 고정층(220)에 의해 좌우 또는 그 반대 방향으로 ABS에 수직인 방향으로 고정된다. 자유층(216)의 자기 모멘트(224)는 ABS와 층들의 주된 평면에 평행한 방향으로 지향된다. 회전 자기 디스크로부터의 자계 신호(HAP)가 터널 밸브 센서(200)에 의해 감지되면, 그 자유층의 자기 모멘트(224)가 회전한다. 회전 자기 디스크로부터의 자계 신호에 의해 자유층(224)이 헤드 안쪽으로 회전하면, 자기 모멘트들(224, 218)이 더 평행해져 터널링 전류(IT)에 대한 터널 밸브 센서의 저항이 감소하고, 회전 자기 디스크로부터의 자계 신호에 의해 자기 모멘트(224)가 헤드 바깥쪽으로 회전하면, 자기 모멘트들(224, 218)이 더 역평행해져 터널링 전류(IT)에 대한 터널 접합 센서의 저항이 증가한다. 이러한 저항 변화는 도 3에 도시한 처리 회로(50)에 의해 재생 신호로서 처리된다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제1 실시예를 도시하고 있다. 터널 밸브 센서(201)는 ABS로부터 헤드 내에 리세스되어 있고, 제1 요크층(Y1)(226)과 제2 요크층(Y2)(228) 사이에 위치한다. 제2 요크층에는 제1 및 제2 요크층 부분(230, 232)이 있는데, 그 중 제1 요크층 부분(230)은 ABS에서 좁은 트랙 폭(TW)을 갖고, 센서의 상부 표면(234)의 앞쪽과 경계면을 이루는 위치에서 폭이 증가한다. 제1 요크층(226)은 ABS에서 제1 요크층 부분(230)보다 폭이 넓고, 제1 요크층 부분(230)과 일정한 간격을 유지하는데, 이것이 판독 헤드의 판독 갭을 정의한다. 전술한 바와 같이, 회전 자기 디스크의 반경에 따른 인치 당 트랙수(TPI)로서 정량화되는 트랙 폭과, 회전 자기 디스크의 트랙에 따른 인치 당 비트수(BPI)로서 정량화되는 판독 갭의 적(product)이, 자기 디스크 드라이브의 기억 용량을 나타내는 기억 영역 밀도이다.
터널 밸브 센서가 그의 단면적을 증가시키고 터널링 전류(IT)에 대한 저항을 낮추기 위해서 폭을 넓힐 수 있도록, 제1 요크층 부분(230)은 헤드 내로 리세스될수록 넓어진다. 제2 요크층 부분(232)은 터널 밸브 센서의 상부 표면(234)의 뒤쪽과 경계면을 이루며, 제1 요크층(226)과 함께 터널링 전류(IT)원(236)에 접속되어 센서의 상부 표면(234)과 하부 표면(238) 사이에 터널링 전류(IT)를 인가한다. 제1 요크층 부분(230)은 회전 자기 디스크로부터의 자계 신호(HAP)에 의해 회전될 수 있는 자기 모멘트(240)를 갖는다. 자기 모멘트(240)가 회전되면, 자유층의 자기 모멘트(224)가 동일한 방향으로 회전되어, 센서가 자계 신호를 감지하게 된다. 전술한 바와 같이, 자기 모멘트(224)의 회전 방향을 통해, 터널 밸브 센서 저항의 증가 또는 감소 여부를 판정할 수 있고, 이러한 저항 변화는 도 3의 처리 회로(50)에 의해 재생 신호로서 처리된다. 제1 요크층 부분(230)은 자유층(216)의 상부 표면 부분과 경계면을 이루고 있는 것으로 도시되어 있지만, 이와 달리 제1 요크층 부분(230)은 센서의 전면(202)에 인접할 수도 있다는 것을 알아야 한다. 센서(201)의 전후에는 제1 및 제2 절연층(242, 244)이 위치하여, 제1 요크층(226)과 제2 요크층(228)을 서로에 대해 절연시킨다. 제1 요크층(226)은 기판(슬라이더)(245) 상에 위치할 수있다. 구성 부분들(230, 232, 248) 사이에는 절연층일 수 있는 도 6의 제1 폴피스층(82)이 위치할 수 있다(도시 생략).
센서(201)가 동작하는 동안에 상당량의 열이 발생할 수 있는데, 이러한 열은 고정층의 자기 모멘트(218)의 고정 불안정성을 방지하기 위해서 방산시켜야만 한다. 이를 위해서, 제1 실시예에서는 하부 및 상부 구리 구조체(246, 248)를 이용한다. 하부 구리 구조체(246)는 센서의 하부 표면(238)과 제1 요크층(226)의 상부 표면 사이에 위치하여 그것들과 각각 경계면을 이룬다. 상부 구리 구조체(248)는 센서의 상부 표면(234)의 중간 부분, 제1 및 제2 요크층 부분(230, 232)과 경계면을 이룬다. 따라서, 하부 구리 구조체(246)는 센서(200)의 하부로부터 열을 효율적으로 흡수하여 이 열을 방열기로서의 역할을 하는 제1 요크층(226)에 전도한다. 상부 구리 구조체(248)는 센서(200)의 상부로부터 열을 효율적으로 흡수하여 이 열을 방열기로서의 역할을 하는 제1 및 제2 요크층 부분(230, 232)에 전도한다. 이러한 사항과 관련하여 주의할 점은 하부 및 상부 구리 구조체(246, 248)를 외부 환경에 노출되어 부식되지 않도록(구리 고유의 성질) ABS로부터 헤드 내로 리세스시켜야 한다는 점이다.
본 발명의 요크형 터널 밸브 센서(72)의 제2 실시예를 도 12 내지 도14에 도시하였다. 이 실시예의 경우, 제1 및 제2 요크층 부분(254, 256)이 있는 제1 요크층(Y1)(250)과, 제2 요크층(Y2)(252)이 마련되어 있다. 센서(200)는 헤드 내에 리세스되어 있고, 제1 요크층 부분(254)과 제2 요크층 부분(256) 사이에 위치하는데, 그 중 제1 요크층 부분(254)은 ABS에서 좁은 폭(이것이 판독 헤드의 트랙 폭 TW를정의함)을 갖고, 센서의 전면(202)의 반대 방향으로 헤드 내로 갈수록 폭이 넓어진다. 센서의 전면(202)과 제1 요크층 부분(254) 사이에는 비전기 전도성 절연층(258)이 위치하고, 센서의 후면(204)과 제2 요크층 부분(256) 사이에는 또 다른 비전기 전도성 절연층(260)이 위치하며, 그 결과 터널링 전류(IT)는 센서의 상부 표면과 하부 표면 사이로 제한된다. 제2 요크층(252)은 여러 부분으로 분할되지 않고, ABS에서 제1 요크층 부분(254)과 일정한 간격을 유지하는데, 이것이 판독 헤드의 판독 갭을 정의한다. 전술한 바와 같이, 이 판독 갭은 트랙 폭과 함께 판독 헤드의 기억 영역 밀도를 결정한다. 또한, 제2 실시예의 경우에도, 센서의 하부 및 상부 표면으로부터 열을 방산시키기 위한 하부 및 상부 구리 구조체(262, 264)를 포함한다. 니켈 인(NiP)으로 이루어질 수 있는 기판(245)도 마련되어 있다. 하부 구리 구조체(262)는 센서의 하부 표면과 기판(245)의 상부 표면 사이에 위치하여 그것들과 각각 경계면을 이룸으로써, 센서의 하부로부터 방열기로서의 역할을 하는 기판으로 열을 방산시킨다. 상부 구리 구조체(264)는 센서의 상부 표면(234), 제1 및 제2 요크층 부분(254, 256) 각각의 상부 표면 부분과 경계면을 이룬다. 상부 구리 구조체(264)는 또한 제2 요크층(252)의 하부 표면 부분과도 경계면을 이룬다. 제2 요크층(252)이 일차적인 방열기로서의 역할을 하고, 제1 및 제2 요크층 부분(254, 256)이 이차적인 방열기로서의 역할을 한다. 그러나, 이러한 사항과 관련하여 주의할 점은 제1 및 제2 요크층 부분(254, 256)과 제2 요크층(252)이 상부 구리 구조체(264)에 의해 전기적으로 접속되어 있다는 점이다. 또한, 제2 실시예의경우, 터널링 전류(IT)원(236)은 하부 구리 구조체(262)와 제2 요크층(252)의 양단에 접속되어 센서의 상부 표면과 하부 표면 사이에 터널링 전류(IT)를 인가한다. 비전기 전도성 절연층(268, 270)은 하부 구리 구조체(262)를 제1 요크층 부분(254)으로부터 절연시키고, 비전기 전도성 절연층(272)은 하부 구리 구조체(262)를 제2 요크층 부분(256)으로부터 절연시킨다. 또한, 비전기 전도성 절연층(274, 276)은 제1 및 제2 요크층 부분(254, 256)을 제2 요크층(252)으로부터 절연시킨다. 절연층(274)의 두께는 전술한 판독 갭을 정의한다. 제2 요크층(252)과 제1 폴피스층(82)(도 6) 사이에도 절연층(도시 생략)이 위치할 수 있다.
검토
요크층의 재료로는 니켈 철(NiFe)이 바람직하고, 절연층의 재료로는 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 바람직하다. 센서(200)를 도시한 바와 같은 하부 센서 대신에 센서의 층들의 순서를 역으로 한 상부 센서로 할 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들 중 어떤 실시예에서도, 제1 및 제2 실드층(S1, S2)(도 6 참조)이 제거되지 않는다는 것을 알아야 한다. 도 9의 구성 요소의 예시적인 두께로서, 센서(201)는 200 Å, 층(246)은 0.1 ㎛, 층(248)은 4 ㎛, 층(226, 228)은 2 ㎛, 그리고 층(230)은 0.2 ㎛이다. 도 12의 구성 요소에 대해서도, 층(274, 264, 276)이 0.05 ㎛, 층(252)이 2 ㎛인 것을 제외하고는 도 9의 것과 동일한 두께를 적용한다.
당업자라면 분명히 본 명세서를 통해 본 발명의 또 다른 실시예나 변형예를생각해 낼 수 있을 것이다. 그러므로, 본 명세서 및 첨부된 도면과 함께 판단해 볼 때 그러한 가능한 모든 실시예나 변형예를 포함하는 다음의 청구 범위로만 본 발명을 한정하여야 한다.

Claims (17)

  1. 에어 베어링 서페이스(ABS)를 갖는 자기 헤드 어셈블리에 있어서,
    상기 ABS로부터 리세스되어 있고, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 터널 밸브 센서와;
    제1 강자성 요크층 및 제2 강자성 요크층과;
    상기 터널 밸브 센서의 하부 표면과 경계면을 이루는 제1 구리 구조체와;
    상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 및 상기 제2 요크층과 경계면을 이루는 제2 구리 구조체
    를 포함하는 판독 헤드를 포함하는 자기 헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면은 상부 표면 앞쪽 부분과 상부 표면 뒤쪽 부분 사이에 위치하는 중간 부분을 갖고,
    상기 제2 요크층은 제1 요크층 부분 및 제2 요크층 부분을 갖고, 상기 제1 요크층 부분은 상기 ABS의 일부분을 형성하는 전면을 갖고 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 앞쪽 부분과 경계면을 이루고, 상기 제2 요크층 부분은 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 뒤쪽 부분과 경계면을 이루며,
    상기 제2 구리 구조체는 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 중간 부분, 상기 제2 요크층의 제1 및 제2 요크층 부분의 각각과 경계면을 이루는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 요크층의 제1 요크층 부분은 상기 ABS로부터 상기 터널 밸브 센서로 갈수록 폭이 증가하는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 요크층과 상기 제2 요크층의 제2 요크층 부분의 양단에 접속되어 있는 터널링 전류원 수단을 더 포함하는 자기 헤드 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기판을 더 포함하며,
    상기 제1 구리 구조체는 상기 기판과도 경계면을 이루고,
    상기 제1 요크층은 제1 요크층 부분 및 제2 요크층 부분을 갖고,
    상기 터널 밸브 센서는 상기 제1 요크층의 제1 요크층 부분과 제2 요크층 부분 사이에 위치하며,
    상기 제2 구리 구조체는 상기 제1 요크층의 제1 및 제2 요크층 부분의 각각과도 경계면을 이루는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 구리 구조체와 상기 제2 요크층의 양단에 접속되어 있는 터널링 전류원 수단을 더 포함하는 자기 헤드 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 요크층과 상기 제2 요크층은 상기 터널 밸브 센서에서부터 상기 ABS까지 연장되어 있고, 서로 일정한 간격을 유지하며, 상기 간격은 상기 자기 헤드 어셈블리의 판독 갭을 정의하는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 요크층은 상기 ABS에서 소정의 폭을 갖고, 상기 폭은 상기 자기 헤드 어셈블리의 판독 트랙을 정의하며,
    상기 제2 요크층은 상기 ABS로부터 헤드 내로 리세스될수록 폭이 증가하는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 터널 밸브 센서는,
    자기 모멘트를 갖는 강자성 피고정층과;
    상기 피고정층과 교환 결합되어, 상기 피고정층의 자기 모멘트를 고정시키는 반강자성 고정층과;
    자기 모멘트를 갖는 강자성 자유층과;
    상기 자유층과 상기 피고정층 사이에 위치하는 비자기 비전기 전도성 장벽층을 포함하는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    폴팁 부분과 백갭 부분 사이에 위치하는 요크 부분을 갖는 제1 및 제2 강자성 폴피스층과;
    상기 제1 및 제2 폴피스층의 폴팁 부분들 사이에 위치하는 비자기 기록 갭층과;
    내장한 적어도 하나의 코일층이 상기 제1 및 제2 폴피스층의 요크 부분들 사이에 위치하는 절연 스택
    을 포함하는 기록 헤드를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 폴피스층은 그것들의 백갭 부분에서 접속되어 있는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 구리 구조체는 상기 제1 요크층과도 경계면을 이루고,
    상기 터널 밸브 센서의 상부 표면은 상부 표면 앞쪽 부분과 상부 표면 뒤쪽 부분 사이에 위치하는 중간 부분을 갖고,
    상기 제2 요크층은 제1 요크층 부분 및 제2 요크층 부분을 갖고, 상기 제1 요크층 부분은 상기 ABS의 일부분을 형성하는 전면을 갖고 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 앞쪽 부분과 경계면을 이루고, 상기 제2 요크층 부분은 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 뒤쪽 부분과 경계면을 이루며,
    상기 제2 구리 구조체는 상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 중간 부분, 상기 제2 요크층의 제1 및 제2 요크층 부분의 각각과 경계면을 이루는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 요크층의 제1 요크층 부분은 상기 ABS로부터 상기 터널 밸브 센서로 갈수록 폭이 증가하는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 요크층과 상기 제2 요크층의 제2 요크층 부분의 양단에 접속되어 있는 터널링 전류원 수단을 더 포함하는 자기 헤드 어셈블리.
  14. 제10항에 있어서, 기판을 더 포함하며,
    상기 제1 구리 구조체는 상기 기판과도 경계면을 이루고,
    상기 제1 요크층은 제1 요크층 부분 및 제2 요크층 부분을 갖고,
    상기 터널 밸브 센서는 상기 제1 요크층의 제1 요크층 부분과 제2 요크층 부분 사이에 위치하며,
    상기 제2 구리 구조체는 상기 제1 요크층의 제1 및 제2 요크층 부분의 각각과도 경계면을 이루는 것인 자기 헤드 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 구리 구조체와 상기 제2 요크층의 양단에 접속되어 있는 터널링 전류원 수단을 더 포함하는 자기 헤드 어셈블리.
  16. 기록 헤드, 판독 헤드 및 에어 베어링 서페이스(ABS)를 포함하는 적어도 하나의 자기 헤드 어셈블리를 포함하는 자기 디스크 드라이브에 있어서,
    상기 기록 헤드는,
    폴팁 부분과 백갭 부분 사이에 위치하는 요크 부분을 갖는 제1 및 제2 강자성 폴피스층과;
    상기 제1 및 제2 폴피스층의 폴팁 부분들 사이에 위치하는 비자기 기록 갭층과;
    내장한 적어도 하나의 코일층이 상기 제1 및 제2 폴피스층의 요크 부분들 사이에 위치하는 절연 스택
    을 포함하고, 상기 제1 및 제2 폴피스층은 그것들의 백갭 부분에서 접속되어 있으며,
    상기 판독 헤드는,
    상기 ABS로부터 리세스되어 있고, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 터널 밸브 센서와;
    제1 강자성 요크층 및 제2 강자성 요크층과;
    상기 터널 밸브 센서의 하부 표면과 경계면을 이루는 제1 구리 구조체와;
    상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 및 상기 제2 요크층과 경계면을 이루는 제2 구리 구조체
    를 포함하며,
    상기 터널 밸브 센서는,
    자기 모멘트를 갖는 강자성 피고정층과;
    상기 피고정층과 교환 결합되어, 상기 피고정층의 자기 모멘트를 고정시키는 반강자성 고정층과;
    자기 모멘트를 갖는 강자성 자유층과;
    상기 자유층과 상기 피고정층 사이에 위치하는 비자기 비전기 전도성 장벽층을 포함하며,
    상기 자기 디스크 드라이브는,
    하우징과;
    상기 하우징 내에서 회전 가능하게 지지되어 있는 자기 디스크와;
    상기 하우징 내에 장착되어 상기 자기 헤드 어셈블리를 지지하는 지지체로서, 상기 ABS는 상기 자기 헤드 어셈블리가 상기 자기 디스크와의 변환 동작을 수행할 수 있도록 상기 자기 디스크를 향해 있는 것인 지지체와;
    상기 자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와;
    상기 지지체에 접속되어, 상기 자기 헤드 어셈블리를 상기 자기 디스크의 여러 위치로 이동시키는 액츄에이터 위치 결정 수단과;
    상기 자기 헤드 어셈블리, 상기 스핀들 모터 및 상기 액츄에이터 위치 결정 수단에 접속되어, 상기 자기 헤드 어셈블리와 신호를 교환하고, 상기 자기 디스크의 이동을 제어하며, 상기 자기 헤드 어셈블리의 위치를 제어하는 처리기
    를 포함하는 것인 자기 디스크 드라이브.
  17. 에어 베어링 서페이스(ABS)를 갖는 자기 헤드 어셈블리 제조 방법에 있어서,
    상기 ABS로부터 리세스되어 있고, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 터널 밸브 센서를 형성하는 단계와;
    제1 강자성 요크층 및 제2 강자성 요크층을 형성하는 단계와;
    상기 터널 밸브 센서의 하부 표면과 경계면을 이루는 제1 구리 구조체를 형성하는 단계와;
    상기 터널 밸브 센서의 상부 표면 및 상기 제2 요크층과 경계면을 이루는 제2 구리 구조체를 형성하는 단계
    를 포함하는 판독 헤드 제조 단계를 포함하는 자기 헤드 어셈블리 제조 방법.
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