专利名称：磁头和安装有该磁头的磁盘存储设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及垂直记录磁头和安装有该垂直记录磁头的磁盘存储设备。
磁盘存储设备包含磁性记录介质和磁头，以便用磁头在磁性记录介质上读取和写入数据。为了扩大磁性记录介质的每单位区域的记录容量，必须增加表面的记录密度。然而，在目前的纵向记录系统中，当要记录的比特长度变小时，由于介质磁化强度的热起伏，不能增加表面记录密度。作为这个问题的解决方法，存在用于在垂直于介质的方向上记录磁化信号的垂直记录系统。
垂直记录系统分为两种类型一种使用包含软底层的双层垂直介质作为记录介质，另一种使用不具有软底层的单层垂直介质。当双层垂直介质用作记录介质时，使用具有主磁极和辅助磁极的所谓“单磁极磁头”来执行记录。在这种情况下，能够向介质施加大磁场。考虑到磁头具有倾斜角的情况，希望主磁极的空气承载表面的形状为前端宽度窄的梯形。图5显示了现有技术的具有单磁极磁头的磁头结构。如图5所示，现有技术的磁头从磁头的移动方向(前端)按所述的顺序包含下层屏蔽8、读取元件7、上层屏蔽9、辅助磁极3、薄膜线圈2和主磁极1。下层屏蔽8、读取元件7和上层屏蔽9组成读取磁头24，辅助磁极3、薄膜线圈2和主磁极1组成写入磁头(单磁极磁头)25。记录介质在磁性记录层19下面具有软底层20。JP-ANo.45008/2003披露了具有通过间隙膜层从主磁极上的介质相对表面凹进的杂散磁场屏蔽的单磁极磁头。
专利文献1JP-A No.45008/200专利文献2JP-A No.197619/2002
发明内容
本发明涉及垂直记录系统，其包含具有主磁极和辅助磁极的垂直记录磁头和具有底层的双层垂直记录介质。由于图5中显示的磁头在读取元件和主磁极之间具有辅助磁极和薄膜线圈，所以写入磁头和读取磁头之间的间隔变得很大，并且格式化效率恶化了。因此，如图6所示，将采用把辅助磁极3布置在主磁极1的后端的结构。用这种结构能够减小写入磁头和读取磁头之间的间隔。
决定记录比特的转换的磁头磁场沿磁头移动方向的场梯度和写入磁头磁场的强度一起是达到高记录密度的重要因素。为了在将来达到更高的记录密度，必须进一步增加场梯度。为了改善场梯度，必须在主磁极1的后端布置磁性层32。在这种结构的情况下，为了形成闭合的磁路，希望在主磁极1的后端布置辅助磁极3，如图6所示。
在这种具有软底层的垂直记录系统中，会发生由于杂散磁场的影响删除介质上记录的数据的现象。本发明旨在解决这种当向介质的表面平行地施加杂散磁场时记录数据的删除问题。图7显示了磁头的结构和当向硬盘驱动器(HDD)施加50Oe的杂散磁场时磁盘上的记录数据的删除位置。向磁盘平行地施加杂散磁场。记录数据的删除位置彼此离开大约30微米并对应于本试验中使用的辅助磁极和读取屏蔽(上层屏蔽、下层屏蔽)的宽度。图8显示了由3-D磁场计算方法计算的当向介质表面平行地施加杂散磁场时与辅助磁极相对的磁性记录层周围的磁场。可以看出在辅助磁极的边缘磁场变大。
由上认为在辅助磁极的边缘和读取屏蔽的边缘杂散磁场发生数据删除现象。必须考虑到当向介质的表面平行地施加杂散磁场时，被底层吸收的磁通量流入辅助磁极和读取屏蔽。专利文献1没有考虑到当向介质的表面平行地施加杂散磁场时被底层吸收的磁通量流入辅助磁极和读取屏蔽。这个问题必须解决以实现利用垂直记录的HDD。
因此，本发明的目的是提供即使当平行于介质的表面向HDD施加杂散磁场时也能防止数据被删除的磁头，以及安装有所述磁头的高密度磁盘存储设备。
本发明的磁头包含读取磁头，其具有下层屏蔽、上层屏蔽以及夹在下层屏蔽和上层屏蔽之间的磁阻元件；写入磁头，其具有主磁极和辅助磁极；以及夹在辅助磁极和主磁极之间的由磁性层组成的杂散磁场屏蔽。杂散磁场屏蔽吸收HDD中散播的磁场和底层的磁通量，并减少从辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽泄漏的磁场，以便减少向磁性记录层施加的磁场。
根据本发明，能够提供写入磁头和安装有所述写入磁头的磁盘装置，当向HDD施加杂散磁场时，尤其是向HDD的介质平行地施加杂散磁场时，所述写入磁头能够减少从辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽泄漏的磁场，从而防止磁性记录层的记录比特的恶化和删除。
图1是本发明的磁头的例子的剖视图；图2是当从空气承载表面看时本发明的磁头的示图；图3是本发明的磁头的俯视图；图4是本发明的磁头的另一个例子的剖视图；图5是显示现有技术的磁头的结构的示图；图6是显示另一个磁头的结构的示图；图7是显示现有技术的磁头中的跨磁道位移和输出电压衰减之间的关系的示图；图8是显示现有技术的磁头中的杂散磁场生成的位于记录层中心的删除磁场和跨磁道位移之间的关系的示图；图9(a)和9(b)是磁盘存储设备的示图；
图10是用于解释垂直记录的示图；图11是显示杂散磁场生成的位于记录层中心的删除磁场和跨磁道位移之间的关系的示图；图12是显示杂散磁场生成的位于记录层中心的删除磁场和杂散磁场屏蔽的凹进之间的关系的示图；图13是显示杂散磁场生成的位于记录层中心的删除磁场和杂散磁场屏蔽与辅助磁极之间的距离之间的关系的示图；图14是本发明的磁头的又一例子的剖视图；图15是本发明的磁头的再一例子的剖视图。
具体实施例方式
参考附图来说明本发明的优选实施例。在下面的附图中，同样的功能部分具有同样的参考符号以易于理解。
图9是根据本发明的磁盘存储设备的概念图。磁盘存储设备用安装在浮动块13上的磁头写入和读取磁化信号，浮动块13固定在悬臂12的末端，悬臂12在磁盘(磁性记录介质)上预定的位置，并由电机28转动。通过驱动旋转致动器15，能够选择磁头的在磁盘径向上的位置(磁道)。信号处理电路35a和35b分别处理向磁头写入的信号和从磁头读取的信号。
图1是本发明的磁头的例子的剖视图。图2是当从空气承载表面来看时图1中显示的磁头的结构图，图3是其俯视图。
这个磁头是具有包含主磁极1和辅助磁极3的写入磁头25以及包含读取元件7的读取磁头24的读取/写入复合磁头。主磁极1和辅助磁极3在远离空气承载表面的位置由支柱17彼此磁连通，薄膜线圈2和由主磁极1、辅助磁极3以及支柱17组成的磁路互相连结起来。由巨磁阻元件(GMR)或隧道磁阻元件(TMR)组成的读取元件7被置于一对磁性屏蔽(读取屏蔽)之间，它们是前端的下层屏蔽8和后端的上层屏蔽9。在辅助磁极3的后端布置主磁极1。在从磁头的空气承载表面凹进的位置，安装由磁铁组成的杂散磁场屏蔽30。在本实施例中，辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9夹在主磁极1和杂散磁场屏蔽30之间。
图4是本发明的磁头的另一个例子的剖视图。图4中显示的磁头在写入磁头25的主磁极1和辅助磁极3的布置上不同于图1中显示的磁头。亦即，在辅助磁极3的前端布置主磁极1。在主磁极1的后端布置磁性层32以增加磁场梯度。辅助磁极3夹在杂散磁场屏蔽30和主磁极1之间，杂散磁场屏蔽30由磁铁组成，且布置在从磁头的空气承载表面凹进的位置。
至于图5中所示的具有传统结构的磁头，当向HDD施加杂散磁场时，磁场从辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9泄漏以删除磁性记录层19上的数据。为了应付这种情况，在本发明中，在从空气承载表面凹进的位置，在图1的例子中的辅助磁极3的前端和在图4的例子中的辅助磁极3的后端布置由磁性层组成的杂散磁场屏蔽30，以便将辅助磁极3夹在它和主磁极1之间。本发明旨在减少从辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9的边缘生成的磁场，因此，杂散磁场屏蔽30被安排在与主磁极1相比更靠近辅助磁极3的位置。所以减少了从辅助磁极3泄漏的磁场，并且能够防止删除磁性记录层19上记录的信息。
通过3-D磁场计算方法计算了从图5中显示的具有传统结构的磁头的辅助磁极的边缘施加于磁性记录层19的磁场。在计算中，主磁极1的写入磁道宽度为150纳米，而主磁极的膜厚度为200纳米。假设主磁极由CoNiFe制成。假设辅助磁极3由具有1.0T饱和磁通密度的材料制成，并且具有在磁道宽度方向上30微米的宽度、在元件高度方向上16微米的长度和2微米的膜厚度。假设上层屏蔽9和下层屏蔽8由具有1.0T饱和磁通密度的80at％Ni-20at％Fe制成，并且具有在磁道宽度方向上30微米的宽度、在元件高度方向上16微米的长度和1.5微米的膜厚度。假设磁性记录介质的底层20由CoTaZr制成，磁头的空气承载表面和底层20的表面之间的距离为40纳米，且底层20的膜厚度为300纳米。
在具有图5中显示的传统结构的磁头的情况下，根据3-D磁场计算方法，从辅助磁极的边缘施加于磁性记录层19的磁场的最大值为3.41×105A/m。施加于记录层的磁场导致记录比特的恶化或删除。
至于具有图1中显示的本发明的结构的磁头，也通过3-D磁场计算方法计算了从辅助磁极的边缘施加于磁性记录层19的磁场。图1中显示的本发明的磁头包含杂散磁场屏蔽30，这一点与具有图5中显示的传统结构的磁头不同。杂散磁场30和辅助磁极3分开15微米，并且具有在磁道宽度方向上100微米的宽度、在元件高度方向上50微米的长度和2微米的膜厚度。假设杂散屏蔽30由具有1.0T饱和磁通密度和1,500相对导磁率的80at％Ni-20at％Fe制成。它可以由具有小的热膨胀系数的45at％Ni-55at％Fe制成。或者它可以是例如CoNiFe的软磁性膜。杂散磁场屏蔽30从空气承载表面凹进1微米。在凹进的部位嵌入氧化铝Al2O3。当在上述条件下计算时，从辅助磁极的边缘施加于磁性记录层的磁场的最大值为2.15×105A/m。
图11显示了由3-D磁场计算方法得到的跨磁道位移。得知包含有杂散磁场屏蔽30的图1中显示的本发明的磁头与具有图5中显示的传统结构的磁头相比，具有低于大约30％的磁场强度。
为了得到本发明的效果，杂散磁场屏蔽30的宽度必须比辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9要宽。从磁头的空气承载表面的杂散磁场屏蔽30的凹进，希望比杂散磁场屏蔽30和与杂散磁场屏蔽30相对的辅助磁极3或者下层或上层屏蔽8或9之间的距离要小。原因如下。当杂散磁场屏蔽30和辅助磁极3或者下层或上层屏蔽8或9之间的距离小于杂散磁场屏蔽30的边缘和磁头的空气承载表面之间的距离时，杂散磁场屏蔽30和辅助磁极3或者下层或上层屏蔽8或9之间的磁阻变得小于软底层20和杂散磁场屏蔽30之间的磁阻。然后杂散磁场屏蔽30吸收的磁通量就流入了辅助磁极3或者下层或上层屏蔽8或9。
图12显示了从磁头的空气承载表面的杂散磁场屏蔽30的凹进和来自辅助磁极3的边缘的磁场的最大值以及来自杂散磁场屏蔽30的边缘的磁场的最大值之间的关系。尽管当杂散磁场屏蔽30的凹进变小时，来自辅助磁极3的边缘的磁场变小，但是来自杂散磁场屏蔽30的边缘的磁场变大了。当杂散磁场屏蔽30没有从磁头的空气承载表面凹进时，从杂散磁场屏蔽30泄漏的磁场大于从不具有杂散磁场屏蔽30的磁头的辅助磁极3的边缘泄漏的磁场。因此，希望凹进为大约1微米。因为提供了未从空气承载表面凹进的磁性层，所以专利文献2和3不能得到本发明的效果。当未从空气承载表面凹进时，磁场从磁性层的边缘泄漏并删除数据。
图13显示了杂散磁场屏蔽30和辅助磁极3之间的距离与从辅助磁极3的边缘施加于磁性记录介质的磁性记录层19的磁场之间的关系。当杂散磁场屏蔽30和辅助磁极3之间的距离变短时，从辅助磁极3的边缘施加于磁性记录层的磁场变小。然而，已知当距离变得太小时，杂散磁场屏蔽30吸收的磁通量会流入辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9。因此，希望杂散磁场屏蔽30和辅助磁极3之间的距离为5微米以上。
在本发明中，为了使杂散磁场屏蔽30吸收来自底层20的磁通量，希望杂散磁场屏蔽30的导磁率大于辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9的导磁率。例如，当辅助磁极3由45at％Ni-55at％Fe制成，且下层屏蔽8和上层屏蔽9由80at％Ni-20at％Fe制成时，杂散磁场屏蔽30优选地由具有例如80at％Ni-20at％Fe的高Ni含量的材料制成。
当杂散磁场屏蔽30在元件高度方向上变长且杂散磁场被垂直向磁盘施加时，从杂散磁场屏蔽30泄漏的磁场变大。因而希望杂散磁场屏蔽30在元件高度方向上的长度应当是磁道宽度方向上的长度或更小。这是因为下面的原因。杂散磁场屏蔽30是磁铁，而且在边缘存在磁极。磁极在磁性层(杂散磁场屏蔽30)外部和内部产生磁场，但是所谓“去磁场”的内部磁场具有与施加的磁场相反的方向。该去磁场与磁性层(杂散磁场屏蔽30)的磁化强度成比例，而且仅由磁铁的形状确定其比例常数(去磁系数)。当杂散磁场屏蔽30在元件高度方向上较长时，去磁系数按形状效应减少。因此，从杂散磁场屏蔽30泄漏的磁场变大。与此形成对照，通过使得磁道宽度方向上的长度大于元件高度方向上的长度，能够使去磁系数按形状效应变大，从而增加杂散磁场屏蔽30中的去磁场。结果，杂散磁场屏蔽吸收在磁盘装置中散播的杂散磁场，从而使减少从杂散磁场屏蔽30泄漏到磁性记录层的杂散磁场成为可能。
图10显示了垂直记录磁头14和磁盘11及垂直记录之间的关系。从写入磁头25的主磁极1到磁盘介质11的磁性记录层19、软下层20以及辅助磁极3形成磁路，以向磁性记录层19写入磁化模式。在磁性记录层19和软下层20之间可以形成中间层。巨磁阻元件(GMR)或隧道磁阻元件(TMR)用作读取磁头24的读取元件7。
图14是本发明的磁头的另一个例子的剖视图。该例子中显示的磁头从空气承载表面凹进，以便写入磁头25和读取磁头24两个都被夹在一对杂散磁场屏蔽30和31之间。在主磁极1的前端布置写入磁头的辅助磁极3。由于这种结构，能够减少从辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9施加到记录介质的磁场。
图15是本发明的磁头的再一个例子的剖视图。同样该例子中显示的磁头从空气承载表面凹进，以便写入磁头25和读取磁头24两个都被夹在一对杂散磁场屏蔽30和31之间。这个磁头在如下方面与图14中显示的磁头不同在主磁极1的后端布置写入磁头25的辅助磁极3，并在主磁极1的后端布置磁性层32以改善写入磁场梯度。利用这种结构，能够减少从辅助磁极3、下层屏蔽8和上层屏蔽9施加到记录介质的磁场。
权利要求
1.一种磁头，包括主磁极；辅助磁极，其在主磁极的前端形成；以及杂散磁场屏蔽，其在辅助磁极的前端形成，其中介质侧的杂散磁场屏蔽的表面从磁头的空气承载表面凹进。
2.根据权利要求1的磁头，其中，在介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间填充非磁性材料。
3.根据权利要求1的磁头，其中，在辅助磁极和杂散磁场屏蔽之间插入具有下层读取屏蔽、上层读取屏蔽和在上层读取屏蔽和下层读取屏蔽之间形成的磁阻元件的读取磁头。
4.根据权利要求3的磁头，其中，介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间的距离，要短于杂散磁场屏蔽和下层读取屏蔽之间的距离。
5.根据权利要求3的磁头，其中，杂散磁场屏蔽在磁道宽度方向上的宽度，要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在磁道宽度方向上的宽度。
6.根据权利要求3的磁头，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的高度，要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在元件高度方向上的高度。
7.根据权利要求1的磁头，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的长度小于其在磁道宽度方向上的长度。
8.一种磁头，包括主磁极；辅助磁极，其在主磁极的后端形成；以及杂散磁场屏蔽，其在辅助磁极的后端形成，其中介质侧的杂散磁场屏蔽的表面从磁头的空气承载表面凹进。
9.根据权利要求8的磁头，其中，在介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间填充非磁性材料。
10.根据权利要求8的磁头，其中，在主磁极的前端提供具有下层读取屏蔽、上层读取屏蔽和在上层读取屏蔽和下层读取屏蔽之间形成的磁阻元件的读取磁头。
11.根据权利要求10的磁头，其中，介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间的距离，要短于杂散磁场屏蔽和辅助磁极之间的距离。
12.根据权利要求10的磁头，其中，杂散磁场屏蔽在磁道宽度方向上的宽度要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在磁道宽度方向上的宽度。
13.根据权利要求10的磁头，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的高度要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在元件高度方向上的高度。
14.根据权利要求8的磁头，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的长度小于其在磁道宽度方向上的长度。
15.一种磁盘存储设备，包括磁性记录介质，其具有磁性记录层和软下层；介质驱动单元，用于驱动磁性记录介质；磁头，用于向磁性记录介质写入和从磁性记录介质读取；以及磁头驱动单元，用于驱动相关于磁性记录介质的磁头，其中磁头包含写入磁头，其具有主磁极和在主磁极的前端形成的辅助磁极；杂散磁场屏蔽，其在辅助磁极的前端形成；以及读取磁头，其具有下层读取屏蔽、上层读取屏蔽和在上层读取屏蔽和下层读取屏蔽之间形成的磁阻元件，且其在辅助磁极和杂散磁场屏蔽之间形成，其中，介质侧的杂散磁场屏蔽的表面从磁头的空气承载表面凹进。
16.根据权利要求15的磁盘存储设备，其中，在介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间填充非磁性材料。
17.根据权利要求15的磁盘存储设备，其中，介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间的距离要短于杂散磁场屏蔽和下层读取屏蔽之间的距离。
18.根据权利要求15的磁盘存储设备，其中，杂散磁场屏蔽在磁道宽度方向上的宽度要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在磁道宽度方向上的宽度。
19.根据权利要求15的磁盘存储设备，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的高度要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在元件高度方向上的高度。
20.根据权利要求15的磁盘存储设备，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的长度小于其在磁道宽度方向上的长度。
21.一种磁盘存储设备，包含磁性记录介质，其具有磁性记录层和软下层；介质驱动单元，用于驱动磁性记录介质；磁头，用于向磁性记录介质写入和从磁性记录介质读取；以及磁头驱动单元，用于驱动相关于磁性记录介质的磁头，其中磁头包含写入磁头，其具有主磁极和在主磁极的后端形成的辅助磁极；杂散磁场屏蔽，其在辅助磁极的后端形成；以及读取磁头，其具有下层读取屏蔽、上层读取屏蔽和在上层读取屏蔽和下层读取屏蔽之间形成的磁阻元件，且其在主磁极的前端形成，其中，介质侧的杂散磁场屏蔽的表面从磁头的空气承载表面凹进。
22.根据权利要求21的磁盘存储设备，其中，在介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间填充非磁性材料。
23.根据权利要求21的磁盘存储设备，其中，介质侧的杂散磁场屏蔽的表面和磁头的空气承载表面之间的距离要短于杂散磁场屏蔽和辅助磁极之间的距离。
24.根据权利要求21的磁盘存储设备，其中，杂散磁场屏蔽在磁道宽度方向上的宽度要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在磁道宽度方向上的宽度。
25.根据权利要求21的磁盘存储设备，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的高度要大于辅助磁极、下层屏蔽和上层屏蔽在元件高度方向上的高度。
26.根据权利要求21的磁盘存储设备，其中，杂散磁场屏蔽在元件高度方向上的长度小于其在磁道宽度方向上的长度。
全文摘要
提供一种即使施加杂散磁场时也可以防止删除记录介质上的数据的磁头。将辅助磁极(3)夹在从空气承载表面凹进的由磁性层组成的杂散磁场屏蔽(30)和主磁极(1)之间。
文档编号G11B5/39GK1734558SQ20051008208
公开日2006年2月15日 申请日期2005年7月1日 优先权日2004年7月1日
发明者望月正文, 铃木香, 福井宏 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司