CN1855230A - 垂直磁记录头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种垂直磁记录头。该垂直磁记录头包括：数据记录模块，包括主极、返回极和在所述主极周围缠绕的线圈；数据再现模块，包括磁屏蔽层和位于磁屏蔽层之间的读取器件，其中，主极的下端的宽度在其向下的方向上逐渐减小，主极的下端包括第一部分和从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。第一曲率可以等于第二曲率，或者也可以与第二曲率不同，在主极的下端的两侧还可包括磁屏蔽器件。

Description

垂直磁记录头
                         技术领域
本发明涉及一种数据记录头，更具体地讲，涉及一种垂直磁记录头。
                         背景技术
互联网的普及带动了个体和/或组织之间的共享信息量的快速增长。因此，很多互联网用户喜欢数据处理速度快和数据存储容量大的个人电脑(PC)。
已经改善了CPU芯片和计算机外围设备来提高数据处理速度，并已经使用各种类型的记录介质例如硬盘来增大数据存储容量。
尽管近来已经采用使用铁电层作为数据记录层的记录介质，但是大多数记录介质仍使用磁性层作为数据记录层。
用于磁记录介质的数据记录方法大体上分为纵向磁记录方法和垂直磁记录方法。
在前者中，使用在其表面上磁极化水平排列的磁性层来记录数据；在后者中，使用在其表面上磁极化垂直排列的磁性层来记录数据。
考虑到数据记录密度，垂直磁记录方法要好于水平磁记录方法。
在磁性层上记录数据的处理可以看作是磁性层和磁头之间的相互作用。因此，为了在磁性层上以高密度记录数据，需要改进磁头和磁性层。
近来，由于随着信息技术的发展，垂直磁记录方法受到了更多的关注，所以已经采用用于垂直磁记录方法的各种类型的磁头。
在垂直磁记录方法中使用的传统磁头基本上包括主极和返回极及磁阻(MR)器件，主极和返回极用于将数据记录在磁性层上，磁阻装置用于读取记录在磁性层上的数据。
如果利用垂直磁记录方法增大磁性层的轨道密度，则磁性层的数据记录密度还可以提高。然而，磁性层的轨道密度的增大导致轨道间距减小。因此，传统磁极宽度的尺寸与轨道间距的减小成比例地减小。
然而，在传统磁头的情况下，根据斜交角(skew angle)在轨道方向上产生大量的磁通泄漏。由于这一点，在利用传统的磁头将数据记录在磁性层的选择的轨道上的工艺中，不期望的数据会被记录在非选择的轨道上。
为了降低磁记录头中的功耗和发热，应该降低用于记录数据的穿过磁记录头的电流。
                         发明内容
本发明提供了一种垂直磁记录头，该垂直磁记录头减小了数据记录电流，提高了记录介质的轨道密度并防止受斜交角影响而导致的磁通泄漏或者将所述磁通泄漏最小化。
根据本发明的一方面，提供了一种垂直磁记录头。该垂直磁记录头包括：数据记录模块，包括主极、返回极和在所述主极周围缠绕的线圈；数据再现模块，包括磁屏蔽层和位于磁屏蔽层之间的读取器件，其中，主极的下端的宽度在其向下的方向上逐渐减小，主极的下端包括第一部分和从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。
在主极的下端的两侧还可包括磁性屏蔽器件。
第一曲率可以等于第二曲率，或者也可以与第二曲率不同。
第二部分的下端的宽度可在100nm以下。
第一部分和第二部分可为相同的磁性材料或不同的磁性材料。
在本发明的垂直磁记录头中的主极和记录介质之间的磁场的强度和梯度大于在现有技术中的磁头的主极和记录介质之间的磁场的强度和梯度。因此，使用根据本发明的垂直磁记录头可在很大程度上降低记录数据所需的电流。此外，可防止受斜交角影响而导致的磁通泄漏或将所述的磁通泄漏最小化。因此，可以将数据仅记录在记录介质的选择轨道上，即使不期望的数据被记录在非选择的轨道上，也可以将这种现象最小化。此外，可提高线性位密度和轨道密度。
                         附图说明
通过参照附图来详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明实施例的垂直磁记录头的平面剖视图；
图2是在垂直磁记录头移动的方向上图1中的第一区域A1的平面放大图；
图3是根据本发明实施例的垂直磁记录头的正视图，在该垂直磁记录头中磁屏蔽器件位于图1中的垂直磁记录头的主极的两侧；
图4是示出具有图2中的主极的根据本发明实施例的垂直磁记录头的第一仿真的结果的曲线图；
图5和图6是作为比较组使用以获得图4中的仿真结果的垂直磁记录头的正视图；
图7至图9是示出具有图2中的主极的根据本发明实施例的垂直磁记录头的第二仿真的结果的曲线图；
图10至图11是示出根据本发明实施例的垂直磁记录头的第三仿真的结果的曲线图，在该垂直磁记录头中磁屏蔽器件位于主极的两侧。
                       具体实施方式
现在，将参照附图来更充分地描述根据本发明实施例的垂直磁记录头(以下，称作磁头)。为了说明书的清楚起见，夸大了层或区的厚度。
图1是根据本发明实施例的磁头的核心部分的平面剖视图。
参照图1，磁头包括用于在记录介质44上记录数据的记录模块100和用于读取记录在记录介质44上的数据的再现模块200。
记录模块100包括主极P1、返回极P2、补充极(complementary pole)40和线圈C。主极P1、返回极P2和补充极40可由相同的材料例如NiFe制成，但是优选地，通过使用的材料的量不同，使得它们的饱和磁矩互不相同。例如，主极P1的饱和磁矩大于补充极40的饱和磁矩。主极P1和返回极P2直接用于在记录介质44上记录数据。在将数据记录在记录介质44中将要记录数据的选择区中的过程中，补充极40聚焦由主极P1产生的磁场。主极P1具有预定的宽度。返回极P2位于主极P1的一侧，补充极40位于主极P1的另一侧。补充极40附于主极P1上。补充极40在从主极P1的下端向上的方向上凹进预定的深度。即，补充极40的下端所处的位置高于主极P1的下端所处的位置。线圈C围绕主极P1和补充极40缠绕。在主极P1的下端和返回极P2的下端之间存在间隙g1。间隙g1延伸到主极P1的上端和返回极P2的上端，并且在主极P1和返回极P2的中间部分之间增大。线圈C穿过主极P1和返回极P2的中间部分之间的间隙。主极P1和返回极P2的上端相互结合。
再现模块200附于记录模块100上，线圈C位于它们的下部之间。再现模块200包括第一磁屏蔽层S1和第二磁屏蔽层S2以及第一磁屏蔽层S1和第二磁屏蔽层S2之间的读取器件42。当从选择的轨道的预定位置读取数据时，第一磁屏蔽层S1和第二磁屏蔽层S2防止由所述预定位置周围的磁性元件产生的磁场到达所述预定位置。读取器件42例如可为巨型磁阻(GMR)器件或隧道磁阻(TMR)器件。在图1中的标号50表示中间连接层。
图2是在根据本发明的磁记录头移动的方向上第一区域A1的平面放大图。以下，在根据本发明的磁记录头移动的方向上的附图被指定为正视图。
参照图2，主极P1邻近于记录介质44的下端包括结构不同的两个部分。
详细地说，主极P1的下端包括第一部分H1和位于第一部分H1之下的第二部分H2。第一部分H1和第二部分H2由相同的材料制成，并且这两部分是连续的。第一部分H1的宽度在其向下的方向上逐渐减小。假定垂直穿过主极P1的下端的线是Z轴，则第一部分H1的宽度沿Z轴的变化是Z轴位移的二次函数。因此，主极P1的下端的侧面是围绕Z轴为中心的对称的曲面。第一部分H1的侧面具有第一曲率。
在主极P1的下端，第二部分H2比第一部分H1短。第二部分H2的宽度也在其向下的方向逐渐减小，第二部分H2的侧面是曲面。第二部分H2的侧面具有第二曲率。第二曲率可等于第一曲率或者与第一曲率不同。考虑到记录介质44的轨道密度，第二部分H2的下端的宽度D，即，最靠近记录介质44的部分的宽度D优选地尽可能窄，例如，在100nm以下。
根据本发明实施例的磁头可以包括在主极P1的下端的两侧的第一磁屏蔽器件50A和第二磁屏蔽器件50B，如图3所示。第一磁屏蔽器件50A与主极P1的第二部分H2的下端之间或者是第二磁屏蔽器件50B与主极P1的第二部分H2的下端之间存在间隙G。第一磁屏蔽器件50A和第二磁屏蔽器件50B防止由主极P1的下端产生的磁场从位于主极P1下方的选择的轨道泄露并防止该磁场到达非选择的相邻轨道。图3中的标号Tw表示位于主极P1下方的选择的轨道的宽度。
本发明人进行了第一仿真以检验上述的根据本发明实施例的磁头的性能。
在第一仿真中，使用第一磁头和第二磁头作为比较组，将它们与根据本发明实施例的磁头进行比较。除了每个主极的下端的形状不同之外，第一和第二磁头与根据本发明实施例的磁头一样。
图5示出了包括在第一磁头中的主极的下端，图6示出了包括在第二磁头中的主极的下端。
参照图5和图6，第一磁头和第二磁头的主极的下端的形状与根据本发明实施例的磁头的主极P1的下端的形状相似，但图5中示出的第一磁头的与根据本发明实施例的磁头的第一部分H1和第二部分H2相对应的主极的下端与本发明的主极的下端不同。在图6中示出的第二磁头的主极的下端中，与根据本发明实施例的磁头的第一部分H1对应的部分与本发明的磁头的第一部分H1相同，而与根据本发明实施例的磁头的第二部分H2对应的部分与本发明的磁头的第二部分H2不同。
图4是示出根据本发明实施例的磁头及第一磁头和第二磁头的第一仿真的结果的曲线图，该图显示了在轨道的交叉方向(横跨轨道的方向)磁场的Z轴方向分量(Hz)的强度变化。
图4中的第一曲线G1、第二曲线G2和第三曲线G3分别表示了第一磁头、第二磁头和具有图2中示出主极P1的根据本发明实施例的磁头的第一仿真的结果。
将第一曲线G1、第二曲线G2和第三曲线G3进行相互比较，与第一磁头或第二磁头具有的Z轴方向磁场分量(Hz)相比，具有图2中示出的主极P1的根据本发明实施例的磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)具有较大的强度、较窄的宽度和较大的梯度。
这个结果意味着：与使用第一磁头或第二磁头相比，使用根据本发明实施例的磁头减小了记录介质的轨道宽度并可以将数据被记录在非选择轨道上的影响最小化。
本发明人对第一磁头和根据本发明实施例的磁头进行了第二仿真，来检验根据本发明实施例的磁头的性能。
在第二仿真中，磁头(参照图5)的主极的下端的宽度是120nm，根据本发明实施例的磁头的主极P1的下端的宽度D是100nm。在离每个磁头的气悬表面向下23nm处测量Z轴方向磁场分量(Hz)。使用场频率为667MHz的电流来产生磁场。每个磁场被测量1.5ns。此外，图1示出的坐标轴与图7至图9中示出的坐标轴相同。
图7至图9示出了第二仿真的结果。
图7示出了在根据本发明实施例的磁头和第一磁头中的各主极和各记录介质之间产生的磁场的Z轴分量(Hz)的强度在X轴方向的变化，即，在沿轨道(downtrack)方向的变化。
在图7中，第一曲线G11表示对第一磁头的测量结果，第二曲线G22表示对具有图2中示出的主极P1的根据本发明实施例的磁头的测量结果。
将第一曲线G11和第二曲线G22相互比较，根据本发明实施例的磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度大于第一磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度。具体地说，第一曲线G11的第一下峰(downpeak)P1和第二曲线G22的第二下峰P2中的每个表示在每个后缘(trailing edge)以下的位置，即，在每个主极靠近每个返回极的下端的边缘部分以下的位置的Z轴方向磁场分量的强度(Hz)。位置P0是由每个返回极开始的部分，在位置P0处，第一曲线G11和第二曲线G22中的每个Z轴方向磁场分量的强度(Hz)是0。
如果每个后缘处的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度和每个返回极开始的P0处的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度之间的差越大，则数据记录时间减少得就越多，在指定轨道中的数据记录密度，即线性位密度，就越大。
因此，图7中的结果意味着：与使用第一磁头相比，使用根据本发明实施例的磁头减少了数据记录时间并提高了线性位密度。
图8示出了在根据本发明实施例的磁头和第一磁头的每个后缘处(在X轴方向250nm位置处)沿Y轴方向，即沿轨道交叉方向(横跨每个记录介质的轨道的方向)测量Z轴方向磁场分量(Hz)的强度的变化1.5ns。
在图8中，第一曲线G1A表示对第一磁头的测量结果，第二曲线G2A表示对根据本发明实施例的磁头的测量结果。
将第一曲线G1A和第二曲线G2A进行相互比较，根据本发明实施例的磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度大于第一磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度，换言之，根据本发明实施例的磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度比第一磁头的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度大20％以上。尽管在第一磁头或根据本发明实施例的磁头中选择轨道的中心区域的磁场梯度几乎相同，但是在轨道的边缘方向，根据本发明实施例的磁头中的磁场梯度逐渐大于第一磁头中的磁场梯度。
在图1中示出的根据本发明实施例的磁头中，由流过围绕主极P1缠绕的线圈C的电流导致在主极P1和记录介质44之间产生记录磁场。
因此，图8中的结果意味着：与使用第一磁头相比，使用根据本发明实施例的磁头减小了产生记录磁场所需的电流。此外，考虑到在第二仿真中根据本发明实施例的磁头在Y轴方向的宽度(轨道交叉方向的宽度)是大约100nm，并且小于第一磁头的宽度(120nm)，所以与使用第一磁头相比，使用根据本发明实施例的磁头提高了记录介质的轨道密度。例如，如果第一磁头用于轨道密度为180k TPI(每英寸轨道数)的记录介质，则根据本发明实施例的磁头可用于轨道密度比180k TPI大15％以上的记录介质。
图9示出了在每个主极和每个记录介质之间的点(-230nm，0，-23nm)测量的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度随着时间的变化。
在图9中，第一曲线G1B表示对第一磁头的测量结果，第二曲线G2B表示对根据本发明实施例的磁头的测量结果。
将第一曲线G1B与第二曲线G2B互相比较，与第一磁头相比，在根据本发明实施例的磁头中，在一个点处随时间变化的Z轴方向磁场分量(Hz)的强度也较大。
本发明人对第一磁头和如图3所示的在主极P1的两侧具有磁屏蔽器件50A和50B的根据本发明实施例的磁头进行第三仿真。
图10和图11示出了第三仿真的结果。
图10示出了在根据本发明实施例的磁头和第一磁头中，每个主极和每个记录介质之间产生的磁场的Z轴分量(Hz)的强度在X轴方向的变化。
在图10中，第一曲线G31表示第一磁头的第三仿真结果，第二至第四曲线G32、G33和G34表示对根据本发明实施例的磁头的第三仿真结果。具体地讲，第二曲线G32表示当根据本发明实施例的磁头的主极P1的下端的宽度D是100nm且一个磁屏蔽层位于主极P1两侧的每一侧时测量的结果，第三曲线G33表示当根据本发明实施例的磁头的主极P1的下端的宽度D是90nm且一个磁屏蔽层位于主极P1两侧的每一侧时测量的结果，第四曲线G34表示当根据本发明实施例的磁头的主极P1的下端的宽度D是90nm且两个磁屏蔽层位于主极P1的两侧的每一侧时测量的结果。这里，第一位置X1与每个主极的后缘对应，第二位置X2与每个返回极开始处的位置对应。
将第一曲线G31至第四曲线G34相互比较，与第一曲线G31相比，第二曲线G32至第四曲线G34中的第一位置X1和第二位置X2之间的Z轴方向磁场分量的强度(Hz)的差(以下，磁场强度差)较大。
将第二曲线G32至第四曲线G34相互比较，与第二曲线G32相比，第三曲线G33和第四曲线G34中的磁场强度差较大。
第三曲线G33和第四曲线G34中的磁场强度差几乎相同。
图10的结果意味着：与第一磁头相比，根据本发明实施例的磁头中的磁场强度差较大，并且据本发明实施例的磁头中，主极P1的下端的宽度D越小，磁场强度差越大。此外，图10的结果意味着在主极P1的两侧放置磁屏蔽层是有意义的，而磁屏蔽层的数量与磁场强度差几乎无关。
图11示出了在根据本发明实施例的磁头和第一磁头的每个后缘处在Y轴方向上(在每个记录介质的轨道交叉方向上)测量的磁场的Z轴分量的强度(Hz)的变化。在图11中，在离每个磁头的气悬表面向下16nm处测量Z轴方向磁场分量的强度(Hz)。
在图11中，第一曲线G41表示第一磁头的第三仿真的结果，第二曲线G42至第四曲线G44表示根据本发明实施例的磁头的第三仿真的结果。
将第一曲线G41至第四曲线G44相互比较，与第一曲线G41相比，在第二曲线G42至第四曲线G44中的Z轴方向磁场分量的强度(Hz)和磁场梯度较大。
将第二曲线G42至第四曲线G44相互比较，与第二曲线G42相比，第三曲线G43和第四曲线G44中的Z轴方向磁场分量的强度(Hz)较大。然而，在第三曲线G43和第四曲线G44中，Z轴方向磁场分量的强度(Hz)几乎相同。
存在区域A2，在区域A2中，第二曲线G42至第四曲线G44中的每个的Z轴方向磁场分量的强度(Hz)均大于0，即，Z轴方向磁场分量(Hz)被定位在正(+)方向上，从而减小或去除主极P1和磁性屏蔽器件50A、50B之间的间隙G。
图11的结果意味着，与第一磁头相比，在主极P1的两侧具有磁性屏蔽器件50A和50B的根据本发明实施例的磁头中，磁场强度和磁场梯度均较大。与使用第一磁头相比，使用根据本发明实施例的磁头可以降低记录数据所需的电流并提高轨道密度。
如上所述，根据本发明实施例的每个磁头的主极P1的下端的宽度向下逐渐减小，主极P1包括第一部分H1和第二部分H2，每个部分均具有预定的曲率。因此，与从根据现有技术的磁头获得的磁场强度和磁场梯度相比，在主极P1的下端的第二部分H2和记录介质44之间的磁场的强度和梯度在很大程度上增大。
因此，使用根据本发明实施例的磁头可以在很大程度上减小记录数据所需的电流。此外，可以防止或最小化受斜交角的影响而导致的磁通泄漏。因此，可以将数据仅记录在记录介质的选择轨道上，即使不期望的数据被记录在非选择的轨道上，这种现象也可以被最小化。此外，可增大线性位密度和轨道密度。
尽管已经参照本发明的优选实施例示出和描述了本发明，但是以上的描述应该仅被认为是解释优选的实施例，而不是限制的目的。例如，本领域的技术人员应该理解，根据本发明实施例的磁头可包括在主极P1周围缠绕的磁屏蔽器件，例如磁屏蔽层。此外，图2中示出的主极P1的下端的第一部分H1可以不是弯曲的，而是平面的，如图5所示。此外，根据本发明实施例的主极P1可应用于具有不同结构的磁头。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述限定，而是由权利要求限定，在本范围内的所有不同将被解释为包括在本发明中。

Claims (6)

1、一种垂直磁记录头，包括：
数据记录模块，包括主极、返回极和在所述主极周围缠绕的线圈；
数据再现模块，包括磁屏蔽层和位于所述磁屏蔽层之间的读取器件，
其中，所述主极的下端的宽度在其向下的方向上逐渐减小，所述主极的所述下端包括第一部分和从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、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，在所述主极的所述下端的两侧还包括磁屏蔽器件。
3、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，所述第一曲率等于所述第二曲率。
4、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，所述第一曲率与所述第二曲率不同。
5、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，所述第二部分的所述下端的所述宽度在100nm以下。
6、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，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。
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