专利名称：磁头及包括该磁头的磁记录再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于垂直记录的磁头和包括用于垂直记录的所述磁头的磁记录再现装置。
背景技术：
磁记录再现装置包含磁记录介质和磁头，并用磁头在磁记录介质上读取和写入数据。为了增加磁记录介质每个单元区的记录容量，必须提高表面记录密度。然而，根据目前的纵向记录系统，当记录的位长度很小时，由于介质的磁化的热起伏，不能提高表面记录密度。这个问题的解决办法是垂直记录系统，其用于在垂直介质的方向上记录磁化信号。
垂直记录系统分为两个子系统一个使用包含软底层的双层垂直记录介质作为记录介质，而另一个使用没有底层的单层垂直记录介质作为记录介质。当双层垂直记录介质用作记录介质时，通过使用具有主磁极和辅助磁极以记录数据的所谓的“单磁极磁头”能够向介质施加更强的磁场。考虑到磁头具有斜交角的情况，希望主磁极的空气承载表面的形状是梯形的，在引导边上具有较窄的宽度。
图4(a)和4(b)是具有单磁极磁头的现有技术磁头的结构图，其中，图4(a)是截面图，而图4(b)是当从尾随边来看时的平面图。如图4(a)和4(b)所示，现有技术磁头按从磁头的移动方向(引导边)指定的顺序包含下屏蔽8、读取元件7、上屏蔽9、辅助磁极3、薄膜线圈2和主磁极1。下屏蔽8、读取元件7和上屏蔽9组成读取磁头24，同时辅助磁极3、薄膜线圈2和主磁极1组成写入磁头(单磁极磁头)25。记录介质在磁记录层19下方具有软底层20。
JP-A No.2000-20913披露了这样的结构在磁性膜构图中形成不连续部分，以在磁记录磁头中形成磁路。
专利文献1JP-A No.2000-2091
发明内容本发明涉及垂直记录系统，其包含垂直记录磁头，其具有主磁极和辅助磁极；以及双层垂直记录介质，其具有底层。由于薄膜线圈存在于图4(a)和4(b)中显示的磁头中的读取元件和主磁极之间，所以读取和写入之间的间隔变得很大，从而恶化了格式效率。因此，使用了如图5(a)和5(b)所示的在主磁极1的尾随边上布置辅助磁极3的结构。使用这种结构，能够使读取和写入之间的间隔变小。图5(a)是截面图，而图5(b)是磁头的平面图。
用于确定记录位的磁化转变的磁头磁场的写入磁场梯度是用于实现高记录密度和记录磁头的磁场的强度的重要因素。为了在将来达到更高的记录密度，必须进一步增加写入磁场梯度。在主磁极1的尾随边上布置磁性物质32的结构改善了写入磁场梯度。同样在这种情况下，为了形成闭合磁路，希望在主磁极1的尾随边上布置辅助磁极3，如图5(a)和5(b)所示。
在具有底层的垂直记录系统中，会看见这种现象介质上记录的数据受杂散(外部)磁场的影响而被删除。本发明特别为上述问题，亦即，当向介质的表面平行地施加杂散磁场时记录的数据的删除，提供了解决办法。图6显示了磁头的结构和当线圈向硬盘驱动器(HDD)施加3.98×103(A/m)的杂散磁场时磁盘上的数据的删除位置。向磁盘平行地施加杂散磁场。数据的删除位置彼此相距30μm，其对应于试验中使用的辅助磁极和读取屏蔽(上屏蔽和下屏蔽)的宽度。图7显示了由3-D磁场计算方法计算的、当向介质的表面平行地施加杂散磁场时与辅助磁极相对的磁记录层周围的磁场。可见，在返回磁极的边缘磁场变大。
从上述可以认为，数据删除是由于杂散磁场而发生在返回磁极和读取屏蔽的边缘。当向介质的表面平行地施加杂散磁场时，必须考虑到底层吸收的磁通量流入辅助磁极和读取屏蔽之中。专利文献1没有考虑到底层吸收的磁通量流入辅助磁极和读取屏蔽之中。必须解决这个问题，以实现利用垂直记录的HDD。
因此，本发明的目的是提供磁头和磁记录再现装置，这两者最小化当向介质的表面平行地施加杂散磁场时发生的数据删除问题，并能够实现高密度的磁性记录。
本发明的磁头包含(1)读取磁头，其具有下屏蔽、上屏蔽和夹在下屏蔽和上屏蔽之间的磁阻元件；以及(2)写入磁头，其具有主磁极和辅助磁极，其中，辅助磁极、下屏蔽和上屏蔽中的至少一个具有凹进部分，它在元件高度方向上的高度低于它的边缘在与空气承载表面相对的表面上沿磁道宽度方向上的高度。优选地在空气承载表面一侧在沿元件高度方向上从中心部分凹进具有凹进部分的辅助磁极、下屏蔽或上屏蔽在磁道宽度方向上的边缘。
根据本发明，当向HDD施加杂散磁场时，具体地，当向HDD的介质平行地施加杂散磁场时，能够减少从辅助磁极、下屏蔽和上屏蔽的边缘泄漏的磁场，从而使抑制磁记录层上的记录位的恶化和删除成为可能。
图1显示了本发明的磁头的例子的平面图；图2显示了本发明的磁头的截面图；图3显示了本发明的磁头的另一个例子的截面图；
图4(a)和4(b)显示了现有技术磁头的结构；图5(a)和5(b)显示了另一个磁头的结构；图6显示了现有技术磁头的横磁道位移和输出电压的衰减之间的关系；图7显示了现有技术磁头中的杂散磁场从返回磁极生成的删除磁场；图8(a)和8(b)显示了磁记录再现装置的示意图；图9显示了用于解释垂直记录的示意图；图10显示了本发明的磁头中的杂散磁场从返回磁极生成的删除磁场(在磁道宽度方向上)的示图；图11显示了本发明的磁头中的杂散磁场从返回磁极生成的删除磁场(在磁头移动方向上)的示图；图12显示了本发明的磁头中的杂散磁场从返回磁极/下屏蔽/上屏蔽生成的删除磁场，和凹进部分的长度L1与从凹进部分的距空气承载表面最近的位置到空气承载表面的距离L2的比率之间的关系；图13显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图14显示了本发明的磁头中的杂散磁场从返回磁极/下屏蔽/上屏蔽生成的删除磁场，和空气承载表面一侧的水平差与凹进部分一侧的水平差之间在磁道宽度方向上的差L3之间的关系；图15显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图16(a)和16(b)显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图17显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图18(a)和18(b)显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图19显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图20显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图；图21显示了本发明的磁头的另一个例子的平面图。
具体实施例方式
参考附图在下文将说明本发明的优选实施例。在下面的附图中，同样的功能元件给定同样的参考符号以利于理解。
图8(a)和8(b)是根据本发明的磁记录再现装置的概念图。磁记录再现装置利用安装到浮动块13的磁头在由电机28转动的磁盘(磁记录介质)上的预定位置处读取并写入磁化信号，其中，所述浮动块13固定在悬架臂12的末端。通过驱动旋转致动器15，能够选择磁头在磁盘径向上的位置(磁道)。信号处理电路35a和35b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平面图，而图2是在图1的A-A上切开的截面图。图2还显示了磁记录介质的截面。这个磁头是读取和写入复合磁头，其包含具有主磁极1和辅助磁极3的写入磁头25和具有读取元件7的读取磁头24。支柱17在远离空气承载表面的位置处相互磁连接主磁极1和辅助磁极3，而围绕由主磁极1、辅助磁极3和支柱17组成的磁路缠绕薄膜线圈2。在由引导边上的下屏蔽8和尾随边上的上屏蔽9组成的一对磁屏蔽(读取屏蔽)之间插入由巨磁阻元件(GMR)或隧道磁阻元件(TMR)组成的读取元件7。在辅助磁极3的尾随边上布置主磁极1。在本实施例的磁头中，通过形成至少一个水平差，在辅助磁极3、下读取屏蔽8和上读取屏蔽9的与空气承载表面相对的表面上形成凹进部分。在图2中，用3’、8’和9’表示凹进部分。
图3是本发明的磁头的另一个例子的截面图。图3中显示的磁头在磁头25的主磁极1和辅助磁极3的布置上与图2中显示的磁头有所不同。亦即，在辅助磁极3的引导边上布置主磁极1。在主磁极1的尾随边上布置用于增加磁场梯度的磁性物质32。同样在这个磁头中，就像图1和图2中显示的磁头一样，通过形成至少一个水平差，在辅助磁极3、下读取屏蔽8和上读取屏蔽9的与空气承载表面相对的表面上形成凹进部分。在图3中，用3’、8’和9’表示凹进部分。
在具有图4(a)和4(b)以及图5(a)和5(b)中显示的矩形的辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9的现有技术磁头中，当向HDD施加杂散磁场时，磁场从辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9泄漏，由此删除磁记录层19上的数据。与此形成对照，在本发明的上述实施例的磁头中，从空气承载表面凹进了辅助磁极1、下屏蔽8和上屏蔽9的末端部分，而且通过形成水平差在与空气承载表面相对的表面上形成了凹进部分，如图1所示。这种结构能够抑制从辅助磁极3、下屏蔽和上屏蔽泄漏的磁场，以防止删除磁记录介质19上记录的信息。
通过3-D磁场计算方法计算了从图4中显示的现有技术磁头中的返回磁极的边缘向磁记录层19施加的磁场。对于这种计算方法，主磁极1的记录磁道宽度为150nm，且主磁极的膜厚为200nm。主磁极假设用CoNiFe制成。辅助磁极3假设用具有1.0T的饱和磁通密度的材料制成，且在暴露于空气承载表面的磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和2μm的膜厚。上屏蔽9假设用具有1.0T的饱和磁通密度的80at％Ni-20at％Fe制成，且在磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和1.3μm的膜厚。下屏蔽8假设用具有1.0T的饱和磁通密度的80at％Ni-20at％Fe制成，且在磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和1.2μm的膜厚。磁记录介质的底层20假设用CoTaZr制成，并从磁头空气承载表面到底层20的表面具有46nm的距离和150nm的膜厚。磁记录层的膜厚假设为20nm。
在图4中显示的现有技术磁头的情况下，根据3-D磁场计算方法，从返回磁极的边缘向磁记录层19施加的磁场的最大值为2.90×105A/m。当向记录层施加这么大的磁场时，恶化或删除了记录位。
对于图1、图2和图3中显示的本发明的磁头，也用3-D磁场计算方法计算从返回磁极的边缘向磁记录层19施加的磁场。主磁极假设用CoNiFe制成。辅助磁极3假设用具有1.0T的饱和磁通密度的材料制成，且在磁道宽度方向上具有90μm的总宽度、在暴露于空气承载表面的磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和1μm的膜厚。上屏蔽9假设用具有1.0T的饱和磁通密度的80at％Ni-20at％Fe制成，且在磁道宽度方向上具有90μm的总宽度、在暴露于空气承载表面的磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和1.3μm的膜厚。下屏蔽8假设用具有1.0T的饱和磁通密度的80at％Ni-20at％Fe制成，且在磁道宽度方向上具有90μm的总宽度、在暴露于空气承载表面的磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和1.2μm的膜厚。返回磁极的边缘和上、下读取屏蔽的边缘与空气承载表面之间的距离为2μm。磁记录介质的底层20假设用CoTaZr制成，并从磁头的空气承载表面到底层20的表面具有46nm的距离和150nm的膜厚。磁记录层的膜厚假设为20nm。
关于包含具有图1中显示的形状的辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9的本发明的磁头，在上述条件下计算的从返回磁极的边缘向磁记录层施加的磁场的最大值为1.41×105A/m。图10显示了由3-D磁场计算方法计算的在磁道宽度方向上的磁场分布。可知，具有图1中显示的本发明的水平差的磁头中的磁场的强度，能够减少到图4中显示的现有技术磁头的磁场的强度的大约50％。
图11显示了在和暴露于空气承载表面的返回磁极、上屏蔽和下屏蔽的边缘相对的位置处在磁头移动方向上的磁场分布。可见，在所有的位置处，本发明的磁头的磁场都小于现有技术磁头的磁场。
通过使辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽形成如图1所示的形状获得的功能和效果能够解释如下。通过在和空气承载表面相对的表面上形成水平差，在这些元件的边缘出现了磁荷。在图1的磁场1中的磁性物质的边缘生成了具有和磁场2、3、4的磁荷相反极性的磁荷。因为磁通量从磁场1的边缘泄漏，所以由于水平差形成的不存在边缘的结构，磁性物质中的磁通量减少。结果，从返回磁极的边缘向磁记录层施加的磁场减少。甚至当在空气承载表面上不存在水平差时，如图21所示，基于同样的原理，也能够减少从返回磁极的边缘向磁记录层施加的磁场。
图12显示了和空气承载表面相对的表面上形成的凹进部分在元件高度方向上的长度L1，和从凹进部分的距空气承载表面最近的位置到空气承载表面的距离L2的比率，与从辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的暴露于空气承载表面的边缘向记录层施加的磁场的最大值之间的关系。可知，随着水平轴上的比率(L1/L2)增加，磁场降低。这是因为随着L1部分中的磁化增长，效果变得更大。优选L1/L2比率为0.5或以上。当L1和L2的总和相同时，优选使L1更大。
专利文献1披露了在组成磁路的磁性膜上具有不连续部分的磁头。然而，专利文献1没有考虑到减少杂散磁场造成的删除磁场，而且没有获得本发明的效果。在图12的计算中，辅助磁极假设用具有1.0T的饱和磁通密度的80at％Ni-20at％Fe制成，且在磁道宽度方向上具有90μm的总宽度、在暴露于空气承载表面的磁道宽度方向上具有30μm的宽度、在元件高度方向上具有16μm的长度和1.0μm的膜厚。磁记录介质的底层20假设用CoTaZr制成，且从磁头空气承载表面到底层20的表面具有40nm的距离和300nm或150nm的膜厚。磁记录层的膜厚假设为20nm。
如图13所示，当凹进部分一侧的水平差大于空气承载表面一侧的水平差时，效果变大。图14显示了空气承载表面一侧的水平差和凹进部分一侧的水平差之间的在磁道宽度方向上的差L3的数量，和从辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的暴露于空气承载表面的边缘向记录层施加的磁场的最大值之间的关系。水平轴显示了空气承载表面一侧的水平差和凹进部分一侧的水平差之间的在磁道宽度方向上的差L3的数量，和从磁道的中心到空气承载表面一侧的水平差的长度L4的比率。从图14可知，当在空气承载表面一侧的水平差和凹进部分一侧的水平差之间在磁道宽度方向上存在差L3时，能够减少从辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的暴露于空气承载表面的边缘向记录层施加的磁场。尽管在图13的磁场1中的磁性物质的边缘生成了具有和磁场2、3、4的磁荷相反极性的磁荷，如果存在差L3，则磁通量的流动改变，并对磁场2具有更大的影响，导致减少磁性物质中的磁通量的数量。当L3太大时，凹进部分变小，由此不再获得本发明的效果。优选L3/L4比率为大约0.5。
图9示意性地显示了用于垂直记录的磁头14和磁盘11与垂直记录之间的关系。来自写入磁头25的主磁极1的磁场形成磁路，其经过磁盘介质11的磁记录层19和软底层20，进入辅助磁极3，并在磁记录层19上记录磁化模式。可以在磁记录层19和软底层20之间形成中间层。巨磁阻元件(GMR)或隧道磁阻元件(TMR)可以用作读取磁头24的读取元件7。
图15是本发明的磁头的另一个例子的平面图。当考虑到在垂直于介质的表面的方向上施加的杂散磁场的持久性和写入磁场进入读取元件时，优选辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的高度为小。在这个例子中显示的磁头中，在辅助磁极3、上屏蔽9和下屏蔽8的和空气承载表面相对的表面上形成水平差，以形成突出部分，以便提供用于相互连接主磁极1和辅助磁极3的支柱。用这种结构，能够减少辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9对记录介质施加的磁场。
图16(a)和16(b)是本发明的磁头的进一步的例子的平面图。图16(a)是辅助磁极3的平面图，而图16(b)是上屏蔽和下屏蔽的平面图。由于下屏蔽8和上屏蔽9不需要后触点部分，如图16(b)所示，所以它们不具有突出部分，而仅有辅助磁极3具有突出部分。
图17是本发明的磁头的另一个例子的平面图。在这个例子中，在辅助磁极3、上屏蔽9和下屏蔽8的和空气承载表面相对的表面上形成多个凹进部分。用这种结构，在凹进部分的具有水平差的表面上生成磁荷，从而使减少从辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9向记录介质施加的磁场成为可能。
图18(a)和18(b)是本发明的磁头的另一个例子的平面图。在这个例子中，在辅助磁极3、上屏蔽9和下屏蔽8的和空气承载表面相对的表面上形成在元件高度方向上彼此不同的多个凹进部分。图18(a)显示了存在用于后触点的突出部分的情况，而图18(b)显示了仅有辅助磁极3具有用于后触点的突出部分而下屏蔽8和上屏蔽9不具有用于后触点的突出部分的情况。
图19是本发明的磁头的另一个例子的平面图。在这个例子中，辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽每个均由3个磁性物质组成，其彼此磁连接，以在辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的和空气承载表面相对的表面上形成凹进部分。在矩形辅助磁极3的两侧以其间间隔S布置在元件高度方向上延伸到高于辅助磁极3的位置的矩形磁性物质33。类似地，在矩形下屏蔽8的两侧以其间间隔S布置在元件高度方向上延伸到高于下屏蔽8的位置的矩形磁性物质38，并且在矩形上屏蔽9的两侧以其间间隔S布置在元件高度方向上延伸到高于上屏蔽9的位置的矩形磁性物质39。用这种结构，也获得了与图1中显示的结构获得的效果同样的效果。由于当在中心的磁性物质和在两侧的磁性物质之间的间隔S扩大时，不再获得上述效果，所以优选在中心和在两侧的磁性物质之间的间隔S为2μm或以下。
图20是本发明的磁头的另一个例子的平面图。在这个例子的磁头中，凹进部分在辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的和空气承载表面相对的表面上形成，并填充具有比辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽导磁率低的材料，用具有低导磁率的材料48填充下屏蔽8的凹进部分，并用具有低导磁率的材料49填充上屏蔽9的凹进部分。由于这个例子的辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽之间导磁率的差异，磁通量的流动改变，从而使减少从辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9向记录介质施加的磁场成为可能。在这个例子中，凹进部分填充的材料具有大约比辅助磁极、上屏蔽和下屏蔽的导磁率低500的比导磁率。当导磁率的差异小于500时，不会获得希望的效果。凹进部分的磁性材料43能够方便地用作后触点连接部分。例如，当辅助磁极3、下屏蔽8和上屏蔽9用80at％Ni-20at％Fe制成时，可以在辅助磁极43、下屏蔽48和上屏蔽49的凹进部分中使用具有比上述材料的导磁率低的导磁率的45at％Ni-55at％Fe。
权利要求
1.一种磁头，包含(1)垂直写入磁头，其具有主磁极和辅助磁极；以及(2)读取磁头，其具有下屏蔽、上屏蔽和在所述下屏蔽与所述上屏蔽之间形成的磁阻元件，其中所述辅助磁极、下屏蔽和上屏蔽中的至少一个具有凹进部分，所述凹进部分在元件高度方向上的高度低于其边缘在和空气承载表面相对的表面上在磁道宽度方向上的高度。
2.如权利要求1所述的磁头，其中，所述凹进部分在磁道宽度方向上的宽度小于形成所述凹进部分的所述辅助磁极、下屏蔽或上屏蔽的暴露于空气承载表面的部分在磁道宽度方向上的宽度。
3.如权利要求1所述的磁头，其中，所述辅助磁极在所述主磁极的尾随边上形成。
4.如权利要求1所述的磁头，其中，当所述凹进部分的深度用L1来表示，而所述凹进部分的底部和空气承载表面之间的距离用L2表示时，L1/L2为0.5或以上。
5.如权利要求1所述的磁头，其中，用磁性材料填充所述凹进部分，且填充的所述磁性材料的导磁率低于所述辅助磁极、下屏蔽或上屏蔽的导磁率。
6.如权利要求1所述的磁头，其中，在空气承载表面一侧在元件高度方向上从中心部分凹进具有所述凹进部分的所述辅助磁极、下屏蔽或上屏蔽的在磁道宽度方向上的边缘。
7.如权利要求6所述的磁头，其中，用磁性材料填充在磁道宽度方向上从所述中心部分凹进的边缘，且所述磁性材料的导磁率低于具有所述凹进部分的所述辅助磁极、下屏蔽或上屏蔽的导磁率。
8.如权利要求1所述的磁头，其具有多个所述凹进部分。
9.如权利要求1所述的磁头，其中，所述凹进部分的底部在元件高度方向上低于所述主磁极。
10.如权利要求9所述的磁头，其中，所述辅助磁极在和空气承载表面相对的表面上具有用于和所述主磁极后点接触的突出部分。
11.一种磁记录再现装置，包括磁记录介质，其具有磁记录层和软底层；介质驱动单元，用于驱动所述磁记录介质；磁头，用于从所述磁记录介质写入和读取；以及磁头驱动单元，用于相对于所述磁记录介质驱动所述磁头，其中，所述磁头包含(1)垂直写入磁头，其具有主磁极和辅助磁极；以及(2)读取磁头，其具有下屏蔽、上屏蔽和在所述下屏蔽与所述上屏蔽之间形成的磁阻元件，其中所述辅助磁极、下屏蔽和上屏蔽中的至少一个具有凹进部分，其在元件高度方向上的高度低于其边缘在和空气承载表面相对的表面上沿磁道宽度方向上的高度。
全文摘要
提供一种即使在施加杂散磁场时也能防止删除记录介质上的数据的磁头。在辅助磁极(3)、下屏蔽(8)和上屏蔽(9)的与空气承载表面相对的表面上形成至少一个水平差，以形成凹进部分。
文档编号G11B5/02GK1760978SQ200510092479
公开日2006年4月19日 申请日期2005年8月23日 优先权日2004年10月15日
发明者望月正文, 福井宏, 丸山洋始, 铃木香 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司