垂直磁記錄頭的製作方法
2023-08-09 10:47:16 1
專利名稱：垂直磁記錄頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數據記錄頭，更具體地講，涉及一種垂直磁記錄頭。
背景技術：
網際網路的普及帶動了個體和/或組織之間的共享信息量的快速增長。因此，很多網際網路用戶喜歡數據處理速度快和數據存儲容量大的個人電腦(PC)。
已經改善了CPU晶片和計算機外圍設備來提高數據處理速度，並已經使用各種類型的記錄介質例如硬碟來增大數據存儲容量。
儘管近來已經採用使用鐵電層作為數據記錄層的記錄介質，但是大多數記錄介質仍使用磁性層作為數據記錄層。
用於磁記錄介質的數據記錄方法大體上分為縱向磁記錄方法和垂直磁記錄方法。
在前者中，使用在其表面上磁極化水平排列的磁性層來記錄數據；在後者中，使用在其表面上磁極化垂直排列的磁性層來記錄數據。
考慮到數據記錄密度，垂直磁記錄方法要好於水平磁記錄方法。
在磁性層上記錄數據的處理可以看作是磁性層和磁頭之間的相互作用。因此，為了在磁性層上以高密度記錄數據，需要改進磁頭和磁性層。
近來，由於隨著信息技術的發展，垂直磁記錄方法受到了更多的關注，所以已經採用用於垂直磁記錄方法的各種類型的磁頭。
在垂直磁記錄方法中使用的傳統磁頭基本上包括主極和返回極及磁阻(MR)器件，主極和返回極用於將數據記錄在磁性層上，磁阻裝置用於讀取記錄在磁性層上的數據。
如果利用垂直磁記錄方法增大磁性層的軌道密度，則磁性層的數據記錄密度還可以提高。然而，磁性層的軌道密度的增大導致軌道間距減小。因此，傳統磁極寬度的尺寸與軌道間距的減小成比例地減小。
然而，在傳統磁頭的情況下，根據斜交角(skew angle)在軌道方向上產生大量的磁通洩漏。由於這一點，在利用傳統的磁頭將數據記錄在磁性層的選擇的軌道上的工藝中，不期望的數據會被記錄在非選擇的軌道上。
為了降低磁記錄頭中的功耗和發熱，應該降低用於記錄數據的穿過磁記錄頭的電流。
發明內容
本發明提供了一種垂直磁記錄頭，該垂直磁記錄頭減小了數據記錄電流，提高了記錄介質的軌道密度並防止受斜交角影響而導致的磁通洩漏或者將所述磁通洩漏最小化。
根據本發明的一方面，提供了一種垂直磁記錄頭。該垂直磁記錄頭包括數據記錄模塊，包括主極、返回極和在所述主極周圍纏繞的線圈；數據再現模塊，包括磁屏蔽層和位於磁屏蔽層之間的讀取器件，其中，主極的下端的寬度在其向下的方向上逐漸減小，主極的下端包括第一部分和從第一部分延伸的第二部分，第一部分具有第一曲率的曲面，第二部分具有第二曲率的曲面。
在主極的下端的兩側還可包括磁性屏蔽器件。
第一曲率可以等於第二曲率，或者也可以與第二曲率不同。
第二部分的下端的寬度可在100nm以下。
第一部分和第二部分可為相同的磁性材料或不同的磁性材料。
在本發明的垂直磁記錄頭中的主極和記錄介質之間的磁場的強度和梯度大於在現有技術中的磁頭的主極和記錄介質之間的磁場的強度和梯度。因此，使用根據本發明的垂直磁記錄頭可在很大程度上降低記錄數據所需的電流。此外，可防止受斜交角影響而導致的磁通洩漏或將所述的磁通洩漏最小化。因此，可以將數據僅記錄在記錄介質的選擇軌道上，即使不期望的數據被記錄在非選擇的軌道上，也可以將這種現象最小化。此外，可提高線性位密度和軌道密度。
通過參照附圖來詳細描述本發明的示例性實施例，本發明的上述和其他特點和優點將會變得更加清楚，其中圖1是根據本發明實施例的垂直磁記錄頭的平面剖視圖；
圖2是在垂直磁記錄頭移動的方向上圖1中的第一區域A1的平面放大圖；圖3是根據本發明實施例的垂直磁記錄頭的正視圖，在該垂直磁記錄頭中磁屏蔽器件位於圖1中的垂直磁記錄頭的主極的兩側；圖4是示出具有圖2中的主極的根據本發明實施例的垂直磁記錄頭的第一仿真的結果的曲線圖；圖5和圖6是作為比較組使用以獲得圖4中的仿真結果的垂直磁記錄頭的正視圖；圖7至圖9是示出具有圖2中的主極的根據本發明實施例的垂直磁記錄頭的第二仿真的結果的曲線圖；圖10至圖11是示出根據本發明實施例的垂直磁記錄頭的第三仿真的結果的曲線圖，在該垂直磁記錄頭中磁屏蔽器件位於主極的兩側。
具體實施例方式
現在，將參照附圖來更充分地描述根據本發明實施例的垂直磁記錄頭(以下，稱作磁頭)。為了說明書的清楚起見，誇大了層或區的厚度。
圖1是根據本發明實施例的磁頭的核心部分的平面剖視圖。
參照圖1，磁頭包括用於在記錄介質44上記錄數據的記錄模塊100和用於讀取記錄在記錄介質44上的數據的再現模塊200。
記錄模塊100包括主極P1、返回極P2、補充極(complementary pole)40和線圈C。主極P1、返回極P2和補充極40可由相同的材料例如NiFe製成，但是優選地，通過使用的材料的量不同，使得它們的飽和磁矩互不相同。例如，主極P1的飽和磁矩大於補充極40的飽和磁矩。主極P1和返回極P2直接用於在記錄介質44上記錄數據。在將數據記錄在記錄介質44中將要記錄數據的選擇區中的過程中，補充極40聚焦由主極P1產生的磁場。主極P1具有預定的寬度。返回極P2位於主極P1的一側，補充極40位於主極P1的另一側。補充極40附於主極P1上。補充極40在從主極P1的下端向上的方向上凹進預定的深度。即，補充極40的下端所處的位置高於主極P1的下端所處的位置。線圈C圍繞主極P1和補充極40纏繞。在主極P1的下端和返回極P2的下端之間存在間隙g1。間隙g1延伸到主極P1的上端和返回極P2的上端，並且在主極P1和返回極P2的中間部分之間增大。線圈C穿過主極P1和返回極P2的中間部分之間的間隙。主極P1和返回極P2的上端相互結合。
再現模塊200附於記錄模塊100上，線圈C位於它們的下部之間。再現模塊200包括第一磁屏蔽層S1和第二磁屏蔽層S2以及第一磁屏蔽層S1和第二磁屏蔽層S2之間的讀取器件42。當從選擇的軌道的預定位置讀取數據時，第一磁屏蔽層S1和第二磁屏蔽層S2防止由所述預定位置周圍的磁性元件產生的磁場到達所述預定位置。讀取器件42例如可為巨型磁阻(GMR)器件或隧道磁阻(TMR)器件。在圖1中的標號50表示中間連接層。
圖2是在根據本發明的磁記錄頭移動的方向上第一區域A1的平面放大圖。以下，在根據本發明的磁記錄頭移動的方向上的附圖被指定為正視圖。
參照圖2，主極P1鄰近於記錄介質44的下端包括結構不同的兩個部分。
詳細地說，主極P1的下端包括第一部分H1和位於第一部分H1之下的第二部分H2。第一部分H1和第二部分H2由相同的材料製成，並且這兩部分是連續的。第一部分H1的寬度在其向下的方向上逐漸減小。假定垂直穿過主極P1的下端的線是Z軸，則第一部分H1的寬度沿Z軸的變化是Z軸位移的二次函數。因此，主極P1的下端的側面是圍繞Z軸為中心的對稱的曲面。第一部分H1的側面具有第一曲率。
在主極P1的下端，第二部分H2比第一部分H1短。第二部分H2的寬度也在其向下的方向逐漸減小，第二部分H2的側面是曲面。第二部分H2的側面具有第二曲率。第二曲率可等於第一曲率或者與第一曲率不同。考慮到記錄介質44的軌道密度，第二部分H2的下端的寬度D，即，最靠近記錄介質44的部分的寬度D優選地儘可能窄，例如，在100nm以下。
根據本發明實施例的磁頭可以包括在主極P1的下端的兩側的第一磁屏蔽器件50A和第二磁屏蔽器件50B，如圖3所示。第一磁屏蔽器件50A與主極P1的第二部分H2的下端之間或者是第二磁屏蔽器件50B與主極P1的第二部分H2的下端之間存在間隙G。第一磁屏蔽器件50A和第二磁屏蔽器件50B防止由主極P1的下端產生的磁場從位於主極P1下方的選擇的軌道洩露並防止該磁場到達非選擇的相鄰軌道。圖3中的標號Tw表示位於主極P1下方的選擇的軌道的寬度。
本發明人進行了第一仿真以檢驗上述的根據本發明實施例的磁頭的性能。
在第一仿真中，使用第一磁頭和第二磁頭作為比較組，將它們與根據本發明實施例的磁頭進行比較。除了每個主極的下端的形狀不同之外，第一和第二磁頭與根據本發明實施例的磁頭一樣。
圖5示出了包括在第一磁頭中的主極的下端，圖6示出了包括在第二磁頭中的主極的下端。
參照圖5和圖6，第一磁頭和第二磁頭的主極的下端的形狀與根據本發明實施例的磁頭的主極P1的下端的形狀相似，但圖5中示出的第一磁頭的與根據本發明實施例的磁頭的第一部分H1和第二部分H2相對應的主極的下端與本發明的主極的下端不同。在圖6中示出的第二磁頭的主極的下端中，與根據本發明實施例的磁頭的第一部分H1對應的部分與本發明的磁頭的第一部分H1相同，而與根據本發明實施例的磁頭的第二部分H2對應的部分與本發明的磁頭的第二部分H2不同。
圖4是示出根據本發明實施例的磁頭及第一磁頭和第二磁頭的第一仿真的結果的曲線圖，該圖顯示了在軌道的交叉方向(橫跨軌道的方向)磁場的Z軸方向分量(Hz)的強度變化。
圖4中的第一曲線G1、第二曲線G2和第三曲線G3分別表示了第一磁頭、第二磁頭和具有圖2中示出主極P1的根據本發明實施例的磁頭的第一仿真的結果。
將第一曲線G1、第二曲線G2和第三曲線G3進行相互比較，與第一磁頭或第二磁頭具有的Z軸方向磁場分量(Hz)相比，具有圖2中示出的主極P1的根據本發明實施例的磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)具有較大的強度、較窄的寬度和較大的梯度。
這個結果意味著與使用第一磁頭或第二磁頭相比，使用根據本發明實施例的磁頭減小了記錄介質的軌道寬度並可以將數據被記錄在非選擇軌道上的影響最小化。
本發明人對第一磁頭和根據本發明實施例的磁頭進行了第二仿真，來檢驗根據本發明實施例的磁頭的性能。
在第二仿真中，磁頭(參照圖5)的主極的下端的寬度是120nm，根據本發明實施例的磁頭的主極P1的下端的寬度D是100nm。在離每個磁頭的氣懸表面向下23nm處測量Z軸方向磁場分量(Hz)。使用場頻率為667MHz的電流來產生磁場。每個磁場被測量1.5ns。此外，圖1示出的坐標軸與圖7至圖9中示出的坐標軸相同。
圖7至圖9示出了第二仿真的結果。
圖7示出了在根據本發明實施例的磁頭和第一磁頭中的各主極和各記錄介質之間產生的磁場的Z軸分量(Hz)的強度在X軸方向的變化，即，在沿軌道(downtrack)方向的變化。
在圖7中，第一曲線G11表示對第一磁頭的測量結果，第二曲線G22表示對具有圖2中示出的主極P1的根據本發明實施例的磁頭的測量結果。
將第一曲線G11和第二曲線G22相互比較，根據本發明實施例的磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度大於第一磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度。具體地說，第一曲線G11的第一下峰(downpeak)P1和第二曲線G22的第二下峰P2中的每個表示在每個後緣(trailing edge)以下的位置，即，在每個主極靠近每個返回極的下端的邊緣部分以下的位置的Z軸方向磁場分量的強度(Hz)。位置P0是由每個返回極開始的部分，在位置P0處，第一曲線G11和第二曲線G22中的每個Z軸方向磁場分量的強度(Hz)是0。
如果每個後緣處的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度和每個返回極開始的P0處的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度之間的差越大，則數據記錄時間減少得就越多，在指定軌道中的數據記錄密度，即線性位密度，就越大。
因此，圖7中的結果意味著與使用第一磁頭相比，使用根據本發明實施例的磁頭減少了數據記錄時間並提高了線性位密度。
圖8示出了在根據本發明實施例的磁頭和第一磁頭的每個後緣處(在X軸方向250nm位置處)沿Y軸方向，即沿軌道交叉方向(橫跨每個記錄介質的軌道的方向)測量Z軸方向磁場分量(Hz)的強度的變化1.5ns。
在圖8中，第一曲線G1A表示對第一磁頭的測量結果，第二曲線G2A表示對根據本發明實施例的磁頭的測量結果。
將第一曲線G1A和第二曲線G2A進行相互比較，根據本發明實施例的磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度大於第一磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度，換言之，根據本發明實施例的磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度比第一磁頭的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度大20％以上。儘管在第一磁頭或根據本發明實施例的磁頭中選擇軌道的中心區域的磁場梯度幾乎相同，但是在軌道的邊緣方向，根據本發明實施例的磁頭中的磁場梯度逐漸大於第一磁頭中的磁場梯度。
在圖1中示出的根據本發明實施例的磁頭中，由流過圍繞主極P1纏繞的線圈C的電流導致在主極P1和記錄介質44之間產生記錄磁場。
因此，圖8中的結果意味著與使用第一磁頭相比，使用根據本發明實施例的磁頭減小了產生記錄磁場所需的電流。此外，考慮到在第二仿真中根據本發明實施例的磁頭在Y軸方向的寬度(軌道交叉方向的寬度)是大約100nm，並且小於第一磁頭的寬度(120nm)，所以與使用第一磁頭相比，使用根據本發明實施例的磁頭提高了記錄介質的軌道密度。例如，如果第一磁頭用於軌道密度為180k TPI(每英寸軌道數)的記錄介質，則根據本發明實施例的磁頭可用於軌道密度比180k TPI大15％以上的記錄介質。
圖9示出了在每個主極和每個記錄介質之間的點(-230nm，0，-23nm)測量的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度隨著時間的變化。
在圖9中，第一曲線G1B表示對第一磁頭的測量結果，第二曲線G2B表示對根據本發明實施例的磁頭的測量結果。
將第一曲線G1B與第二曲線G2B互相比較，與第一磁頭相比，在根據本發明實施例的磁頭中，在一個點處隨時間變化的Z軸方向磁場分量(Hz)的強度也較大。
本發明人對第一磁頭和如圖3所示的在主極P1的兩側具有磁屏蔽器件50A和50B的根據本發明實施例的磁頭進行第三仿真。
圖10和圖11示出了第三仿真的結果。
圖10示出了在根據本發明實施例的磁頭和第一磁頭中，每個主極和每個記錄介質之間產生的磁場的Z軸分量(Hz)的強度在X軸方向的變化。
在圖10中，第一曲線G31表示第一磁頭的第三仿真結果，第二至第四曲線G32、G33和G34表示對根據本發明實施例的磁頭的第三仿真結果。具體地講，第二曲線G32表示當根據本發明實施例的磁頭的主極P1的下端的寬度D是100nm且一個磁屏蔽層位於主極P1兩側的每一側時測量的結果，第三曲線G33表示當根據本發明實施例的磁頭的主極P1的下端的寬度D是90nm且一個磁屏蔽層位於主極P1兩側的每一側時測量的結果，第四曲線G34表示當根據本發明實施例的磁頭的主極P1的下端的寬度D是90nm且兩個磁屏蔽層位於主極P1的兩側的每一側時測量的結果。這裡，第一位置X1與每個主極的後緣對應，第二位置X2與每個返回極開始處的位置對應。
將第一曲線G31至第四曲線G34相互比較，與第一曲線G31相比，第二曲線G32至第四曲線G34中的第一位置X1和第二位置X2之間的Z軸方向磁場分量的強度(Hz)的差(以下，磁場強度差)較大。
將第二曲線G32至第四曲線G34相互比較，與第二曲線G32相比，第三曲線G33和第四曲線G34中的磁場強度差較大。
第三曲線G33和第四曲線G34中的磁場強度差幾乎相同。
圖10的結果意味著與第一磁頭相比，根據本發明實施例的磁頭中的磁場強度差較大，並且據本發明實施例的磁頭中，主極P1的下端的寬度D越小，磁場強度差越大。此外，圖10的結果意味著在主極P1的兩側放置磁屏蔽層是有意義的，而磁屏蔽層的數量與磁場強度差幾乎無關。
圖11示出了在根據本發明實施例的磁頭和第一磁頭的每個後緣處在Y軸方向上(在每個記錄介質的軌道交叉方向上)測量的磁場的Z軸分量的強度(Hz)的變化。在圖11中，在離每個磁頭的氣懸表面向下16nm處測量Z軸方向磁場分量的強度(Hz)。
在圖11中，第一曲線G41表示第一磁頭的第三仿真的結果，第二曲線G42至第四曲線G44表示根據本發明實施例的磁頭的第三仿真的結果。
將第一曲線G41至第四曲線G44相互比較，與第一曲線G41相比，在第二曲線G42至第四曲線G44中的Z軸方向磁場分量的強度(Hz)和磁場梯度較大。
將第二曲線G42至第四曲線G44相互比較，與第二曲線G42相比，第三曲線G43和第四曲線G44中的Z軸方向磁場分量的強度(Hz)較大。然而，在第三曲線G43和第四曲線G44中，Z軸方向磁場分量的強度(Hz)幾乎相同。
存在區域A2，在區域A2中，第二曲線G42至第四曲線G44中的每個的Z軸方向磁場分量的強度(Hz)均大於0，即，Z軸方向磁場分量(Hz)被定位在正(+)方向上，從而減小或去除主極P1和磁性屏蔽器件50A、50B之間的間隙G。
圖11的結果意味著，與第一磁頭相比，在主極P1的兩側具有磁性屏蔽器件50A和50B的根據本發明實施例的磁頭中，磁場強度和磁場梯度均較大。與使用第一磁頭相比，使用根據本發明實施例的磁頭可以降低記錄數據所需的電流並提高軌道密度。
如上所述，根據本發明實施例的每個磁頭的主極P1的下端的寬度向下逐漸減小，主極P1包括第一部分H1和第二部分H2，每個部分均具有預定的曲率。因此，與從根據現有技術的磁頭獲得的磁場強度和磁場梯度相比，在主極P1的下端的第二部分H2和記錄介質44之間的磁場的強度和梯度在很大程度上增大。
因此，使用根據本發明實施例的磁頭可以在很大程度上減小記錄數據所需的電流。此外，可以防止或最小化受斜交角的影響而導致的磁通洩漏。因此，可以將數據僅記錄在記錄介質的選擇軌道上，即使不期望的數據被記錄在非選擇的軌道上，這種現象也可以被最小化。此外，可增大線性位密度和軌道密度。
儘管已經參照本發明的優選實施例示出和描述了本發明，但是以上的描述應該僅被認為是解釋優選的實施例，而不是限制的目的。例如，本領域的技術人員應該理解，根據本發明實施例的磁頭可包括在主極P1周圍纏繞的磁屏蔽器件，例如磁屏蔽層。此外，圖2中示出的主極P1的下端的第一部分H1可以不是彎曲的，而是平面的，如圖5所示。此外，根據本發明實施例的主極P1可應用於具有不同結構的磁頭。因此，本發明的範圍不是由本發明的詳細描述限定，而是由權利要求限定，在本範圍內的所有不同將被解釋為包括在本發明中。
權利要求
1.一種垂直磁記錄頭，包括數據記錄模塊，包括主極、返回極和在所述主極周圍纏繞的線圈；數據再現模塊，包括磁屏蔽層和位於所述磁屏蔽層之間的讀取器件，其中，所述主極的下端的寬度在其向下的方向上逐漸減小，所述主極的所述下端包括第一部分和從所述第一部分延伸的第二部分，所述第一部分具有第一曲率的曲面，所述第二部分具有第二曲率的曲面。
2.根據權利要求1所述的垂直磁記錄頭，其中，在所述主極的所述下端的兩側還包括磁屏蔽器件。
3.根據權利要求1所述的垂直磁記錄頭，其中，所述第一曲率等於所述第二曲率。
4.根據權利要求1所述的垂直磁記錄頭，其中，所述第一曲率與所述第二曲率不同。
5.根據權利要求1所述的垂直磁記錄頭，其中，所述第二部分的所述下端的所述寬度在100nm以下。
6.根據權利要求1所述的垂直磁記錄頭，其中，所述第一部分和所述第二部分是相同的磁性材料或不同的磁性材料。
全文摘要
本發明提供了一種垂直磁記錄頭。該垂直磁記錄頭包括數據記錄模塊，包括主極、返回極和在所述主極周圍纏繞的線圈；數據再現模塊，包括磁屏蔽層和位於磁屏蔽層之間的讀取器件，其中，主極的下端的寬度在其向下的方向上逐漸減小，主極的下端包括第一部分和從第一部分延伸的第二部分，第一部分具有第一曲率的曲面，第二部分具有第二曲率的曲面。第一曲率可以等於第二曲率，或者也可以與第二曲率不同，在主極的下端的兩側還可包括磁屏蔽器件。
文檔編號G11B5/187GK1855230SQ20061007642
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月20日 優先權日2005年4月28日
發明者林誌慶, 金庸洙, 李厚山 申請人:三星電子株式會社