专利名称：用于垂直记录的磁头和磁记录装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁头和磁记录装置，更具体地，涉及用于记录与介质表面垂 直的磁化的垂直记录磁头和其中安装有该垂直记录磁头的磁盘装置。
背景技术：
随着近来信息社会的发展，市场需要更高密度、更高速度和更小巧的磁 记录装置，其代表为磁盘驱动器。作为适于满足这些需求的记录方法，可以 举例的是垂直记录。垂直记录方法理论上适于较高面密度记录。这是因为提 高记录在磁盘上的图案的线密度抑制了退磁场且因此导致稳定的磁化，且源 自写头的^f兹场在if争道方向上具有较小的泄露。此外，由于i兹盘在^兹化热稳定 性方面的优点，预期能实现更低噪声介质，因为与面内磁记录介质相比减少 了介质开发方面的限制。从这些优点来说，认为在不久的将来磁盘驱动器将 转向垂直磁记录方法。
通过堆叠读部分和写部分来构造垂直记录》兹头。读部分包括下》兹屏蔽 件、上磁屏蔽件和读元件。读元件夹在下和上磁屏蔽件之间且部分暴露到气 垫面。读元件是巨》兹致电阻效应头、提供高的读输出的隧道^f兹致电阻效应头、
具有垂直于膜表面的电流方向的CPP型GMR头等。写部分包括磁间隙、主 ;兹极层和次,兹极层。/磁间隙形成在气垫面侧。主和次才及层在与气垫面相反一 侧耦接。在主和次极层之间，设置有线圈。在垂直》兹记录中，来自主极层的 磁场的垂直分量必须用于记录。因此，软磁衬层(SUL )设置于记录层之下。 由于该SUL面对主4l层，所以可以在垂直方向上产生高的,兹场。SUL中的 磁通返回到磁头的构成次极层的软磁层。
在垂直》兹记录中，写信息到介质与 一般印记录(stamp recording)相当， 因为来自磁头的磁场分布直接反映到形成于记录介质上的磁化图案。因此， 如果来自磁头的磁场分布由于磁头的结构变化而改变，则有效磁记录宽度、 磁化转变的弯曲、擦除宽度等大受影响。此外，由于旋转致动器用于磁盘驱 动器中，所以取决于磁头的径向位置，以某一歪斜角完成对介质的写入。因此主极层需要具有倒置梯形形状从而跨道方向上的宽度朝向行进的头的前 导侧变窄。此外，为了抑制磁头的磁场在跨道方向上扩展，如例如专利文献
1和专利文献2公开的那样在主极层附近设置侧屏蔽件是有效的。专利文献1美国专利申请公开No. 2002/017621专利文献2JP-A-2004-127480
发明内容
如上所述，在适于高密度记录的垂直记录方法中，源自写头的磁场像印 一样记录在介质上。因此，记录在介质上的磁化图案由磁场分布决定，磁场 分布反映主极层。为了使该磁场适于高密度记录，已经提出了使头结构具有 设置于主极层附近的磁屏蔽件。示例为拖尾屏蔽件结构、侧屏蔽件结构和包 绕型屏蔽件结构。在拖尾屏蔽件结构中，磁屏蔽件经非磁间隙设置于主极层 顶部从而改善沿道方向上的磁场梯度。在侧屏蔽件结构中，磁屏蔽件经非磁 层设置于主极层的在沿道方向上的每个横向侧面。包绕型屏蔽件结构具有拖 尾和侧屏蔽件两者。在任一这些结构中，源自写头的磁场分布沿跨道方向不 是直的，而是在道边缘弯曲。因此，记录在介质上的磁化转变类似地是弯曲 的。磁化图案在道边缘处的该弯曲大大妨碍了增大道密度。
本发明的第一目的是提供一种具有窄的道宽度、高的记录分辨率和窄的 擦除宽度的垂直记录磁头。
本发明的第二目的是通过在磁记录装置中安装具有窄的道宽度、高的记 录分辨率和窄的擦除宽度的垂直记录磁头来实现高记录密度磁记录装置。
为了实现上述第一目的，本发明的垂直记录磁头设置有磁头，该磁头包 括主极层、第一次极层和线圈，其特征在于，进行结构控制从而所述主极层 的顶(在膜厚度方向上观察)侧即拖尾侧具有比底侧或前导侧的喉高更短的 喉高。
上述喉高意味着主极的具有与面对介质的表面相同的跨道宽度的直部 分的垂直于面对介质的表面延伸的长度。它被定义为从面对介质的表面到展 开部分开始点的距离，在展开部分开始点处主极层的跨道宽度开始迅速加 宽。优选地，展开部分相对于与面对介质的表面垂直的方向以20至90度角 展开。根据本结构，拖尾边缘产生的记录磁场高于来自前导边缘的记录磁场。 因此，高磁场区域转移到拖尾侧。该磁场分布改善了沿道方向上的拖尾边缘磁场梯度。此外，由于在跨道方向上磁场分布的线性得到改善，所以可以抑 制磁场分布在道的两横向侧末端的弯曲。特别地，如果主极层的气垫面的拖
尾侧(沿膜厚方向观察的顶側)的跨道宽度不大于120nm，则该效应变得明 显。
优选地，主极层的拖尾侧喉高设置为比前导侧喉高短约10至25nm。
为了防止歪斜相关的相邻道擦除，优选地主极层的气垫面的拖尾边缘比 前导边缘在跨道方向上更宽。此外，不要求主极层的面对介质的表面附近的 跨道宽度直到展开部分开始都恒定。喉可以相对于与面对介质的表面垂直的 方向以小于20度的角朝向展开部分缩窄或加宽。
主极层可在其附近具有磁屏蔽件。通过拖尾屏蔽型、侧屏蔽型和包绕型 的任一种，能获得几乎相同的磁屏蔽效果。
次极层可设置在主极层的前导侧或拖尾侧。还可以采用次极层设置于每 侧的尖结构。次极层和与主极层相邻地设置的辅助极层在顶端(沿芯片高度 方向观察)磁耦接。在尖结构的情况下，上和下次极层中的至少一个需要与 辅助极层耦接。此外，次极结构可具有在面对介质的表面上的台座状磁极。
激励写头的线圏可以是螺旋型线圈或双扁平型。螺旋型具有缠绕为围绕 辅助极层和主极层的线圈。双扁平型具有分别设置得将主极层和辅助极层夹 在中间的扁平线圈。
还可以通过与写头相邻地:没置读头来构造垂直记录读和写头。读头可以 是被两个磁屏蔽件夹住的磁致电阻效应元件。
为了实现上述第二目的，本发明的磁记录驱动器包括磁记录介质，驱动 该磁记录介质的介质驱动部件，在磁记录介质上写入的磁头，以及确定磁头 在磁记录介质上方的位置的头致动部件，其特征在于该^磁记录介质是包括软 磁衬层和》兹记录层的垂直磁记录介质，该/磁头具有写头，该写头包括主极层、 第一次极层和线圈，该主极层的介质跟踪拖尾侧的喉高短于前导侧喉高。
根据本发明，可以提供具有窄的道宽、高的记录分辨率和窄的擦除宽度 的垂直记录^f兹头。通过在;兹记录装置中安装具有窄的道宽、高的记录分辨率 和窄的擦除宽度的垂直记录磁头和垂直记录磁介质，还可以实现高记录密度 ,兹记录装置。
图1A示出垂直记录磁头实施例中的主极层，其中沿膜厚方向从上方观 察主极层的气垫面部分；
图1B是垂直记录磁头实施例中的主极层的气垫面部分的透视图； 图2是垂直记录磁头实施例中的主极层的俯视图； 图3是垂直记录磁头实施例的剖视图4A是其中具有垂直记录磁头实施例的磁盘驱动器的平面图； 图4B是其中具有垂直记录磁头实施例的磁盘驱动器的剖视图； 图5示出沿道方向上的有效头磁场分布； 图6示出跨道方向上的有效头i兹场分布；
图7示出获得最大有效头磁场的沿道位置在跨道方向上如何分布； 图8示意性示出记录在介质中的磁化图案；
图9示出擦除宽度和有效头磁场如何依赖于拖尾侧喉高与前导侧喉高之 间的关系；
图10是垂直记录^f兹头实施例中的主极层的变型的平面图； 图11是垂直记录磁头实施例中的主极层的变型的平面图； 图12是现有技术垂直记录磁头中的主极层的平面图。
具体实施例方式
图4A和4B示出根据一实施例使用垂直记录技术的磁盘驱动器(磁记 录装置)的基本配置。图4A和4B分别是驱动器的俯视图和剖视图。磁盘 驱动器包括马达(介质驱动构件)4;磁盘(垂直记录介质)1，其被直接 耦接的马达4驱动旋转；臂2,被旋转致动器(头致动构件)5所支承；以 及垂直记录磁头3，固定在臂2的前端。当旋转致动器5转动时，垂直记录 》兹头3在垂直记录介质1上方移动。在完成定位到任意位置之后，实施磁信 息写或读功能。激励垂直记录^f兹头3的写信号或者从;兹头发送的读信号被安 装在电路板7上的读写电路6和信号处理电路8处理。
图3是示意性剖视图，示出根据一实施例的垂直记录磁头的大体结构。 读头11是读取写在磁盘的记录层中的信息的头。其通过将读元件23夹在两 个磁屏蔽层21与22之间而构成。作为读元件23,使用巨^兹致电阻效应传感 器(GMR)、隧道磁致电阻效应传感器(TMR)、具有垂直于膜表面指向的 电流的CPP (电流垂直平面)型GMR传感器等。写头12是产生用于在》兹盘的记录层中记录的^f兹场的头。它包括线圏37和多个软一磁层，所述多个软 磁层被线圏37上下围绕且磁耦接在一起。所述多个软磁层包括第一次极 层33;第二次极层31;辅助极层32;与辅助极层32相邻的主极层34;在 与气垫面41相反一侧磁耦接第 一次极层33和辅助极层32的背接触构件36; 以及台座状屏蔽层35,其沿气垫面41经非磁层设置于主极层34的拖尾侧。 该台座状屏蔽层35与第一次极层33磁耦接。从面对介质侧观察的台座状屏 蔽层35的形状可以是经非;兹层平衧于主极层34的上侧布置的拖尾屏蔽型或 者是经非磁层覆盖主极层34的上和两横向侧的包绕型。从面对介质侧观察 的主极层41在气垫面41处具有倒置梯形形状，拖尾侧较长。线圈37的结 构可以是螺旋型或者扁平型。在螺旋结构中，线圏37缠绕辅助极层32和与 辅助极层32相邻的主极层34。在扁平结构中，主才及层34之上和之下的线圈 37缠绕背接触构件36。在扁平型线圈的情况下，用于写操作的电流反平行 地施加到主极层34之上和之下的各线圈导体。与主极层34相邻地设置的辅 助极层32从气垫面41缩进。
记录道宽由从主极层34出来的磁场确定。记录;兹化图案在磁记录层中 的该磁场穿过记录介质的磁记录层和软磁村层且形成分别进入第 一和第二 次极层33和31的磁通路径。磁化图案的轮廓很大地取决于在主极层34的 拖尾边缘处的头磁场分布。由于与盘旋转方向的关系，当主极层34经过记 录介质的任何点时，拖尾边缘是最后经过的。为了实现高密度记录，拖尾边 缘处的磁场分布要求具有高的场强度和高的场梯度。如果主极层34的拖尾 侧喉高短于前导侧喉高，如后面参照图1A和1B描述的那样，则有效实现 这样的所期望的磁场分布。
图2是垂直记录^兹头中的上述主极层的俯视图。在该图中，位于主极层 34上(沿膜厚方向观察)的第一次极层33被省略。在主极层34之下，相邻 地设置辅助极层32。此外，主极层34经背接触构件36与第一次极层33连 接，沿芯片的高度(深度)方向观察，背接触构件36设置在后端。线圈37 设置在主极层34和辅助极层32之上和之下从而激励它们。沿着气垫面41, 与第一次极层33连接的台座状软磁层(屏蔽层)35经非磁层设置于主极层 34的拖尾侧。图1A和1B是主才及层34的一部分的放大示意图，其部分地构 成气垫面41及其邻近部分。
参照图1A和1B，下面描述本发明独特的主极层形状。图1A是垂直记录磁头中的主极层的示意性俯视图。图1B是主极层的透视图。主极层的面 对介质的表面具有倒置梯形形状，W一B窄于W—T。沿膜厚方向，W一B是底 侧的宽度，而W—T是顶侧的宽度。在沿道方向上，底侧是前导侧，而顶侧 是拖尾侧。在垂直于面对介质的表面的芯片高度方向(深度方向)上，顶和 底宽度WJT和W一B保持不变，直到各自的喉高处，从喉高处主极层以某一 角度展宽。这里，主极层的顶喉高称为拖尾侧喉高TH—T,而主极层的底喉 高称为前导侧喉高TH—L。在本实施例中，主极层34成形为使得拖尾侧喉高 TH一T短于前导侧喉高THJL。
图5示出通过对于拖尾侧喉高与前导侧喉高的关系分别为 TH_L<TH—T、 TH—L=TH—T和TH—L>TH_T的不同形状的才莫拟获得的沿道方 向的有效头磁场分布。对于每种形状，结果通过拖尾边缘处的磁场归一化。 计算中使用的主极层的膜厚和顶高度分别为200nm和100nm。拖尾侧喉高 THJT与前导侧喉高TH一L之间的差别是25nm,如果有差别的话。沿道位置 零点对应于主极层34的顶侧(沿膜厚方向观察)。沿道位置-200nm对应于 主极层34的底侧(沿膜厚方向观察)。该分布是随着位置从主极层34的顶 侧朝向底侧移动，磁场呈现峰，迅速下降，逐渐再上升，然后在膜厚方向上 与到主极层的中部相比更接近前导边缘的位置处，又一个峰。在更接近前导 边缘位置处的峰磁场随着前导侧喉高TH一L对拖尾侧喉高TH—T的比降低而 变大。如果拖尾侧喉高TH一T长于前导侧喉高TH_L，如图12所示的现有技 术结构那样，则前导侧区域中的头磁场大于膜厚方向上主极层的顶部处的峰 磁场。而主极层的顶部形成的拖尾边缘处的磁场决定是否导致磁转变，这样 的磁场分布使得在拖尾边缘处的磁场梯度陡峭度更小且降低在跨道方向上 那里的磁场分布的线性，导致降低的记录分辨率和增大的擦除宽度。
图6示出对于拖尾侧喉高与前导侧喉高的关系分别为TH—L<TH_T、 TH_L=TH—T和TH_L>TH—T的不同形状计算的跨道方向上的有效头磁场分 布。对于每种形状，结果用最大有效磁场归一化。计算中使用的主极层在形 状上分别与图5中评估的那些相同。跨道位置零点对应于主极层宽度方向上 的中心。在拖尾侧喉高TH—T长于前导侧喉高TH—L的现有技术结构中，最 大头磁场不是出现在主极层的宽度方向上的中心处，而是出现在接近跨道方 向上的端部的位置处。在拖尾侧喉高TH—T短于前导侧喉高TH_L的本实施 例的情况中，显然最大头磁场出现在主极层的宽度方向上的基本中心处，磁场分布在主极层的两横向侧的末端处相对平坦。
垂直记录头具有这样的外形，即，磁场强度对喉高非常灵敏，且随着喉
高变短，磁场强度迅速增大。因此，如果拖尾侧喉高THJT和前导侧喉高 THJL不相同，则主极层34的顶和底区域(沿膜厚方向观察)之间的》兹场强 度产生差异。这些效果叠加且因此如上所述地改变了记录^f兹场的分布。
图7示出得到图6所示的最大有效头磁场的沿道位置如何依赖于跨道位 置。在拖尾侧喉高THJT长于前导侧喉高THJL的现有技术结构中，尽管最 大头磁场出现在主极层的顶侧(沿膜厚方向观察)形成的跨道拖尾边缘的中 心区域中，但是该中心区域窄为主极层的顶宽度的40%或更小。在拖尾侧喉 高TH—T短于前导侧喉高TH—L的本发明结构的情况下，跨道拖尾边缘的其 中出现最大磁场的中心区域扩展到大于主极层的顶宽度的50°/。。这能大大减 小记录在介质中的磁化转变从跨道方向的相偏离。
图8示意性示出记录在介质中的》兹化图案。在拖尾侧喉高TH_T长于前 导侧喉高TH—L的现有技术结构中，由于磁化转变从跨道方向大地弯曲，所 以高线密度记录引起相邻磁化转变之间的干扰，导致小的有效记录道宽和大 的擦除宽度。在拖尾侧喉高TH一T短于前导侧喉高TH_L的本发明结构的情 况下，磁化转变不会大地弯曲且因此能够获得适于高线密度记录的磁化图 案。
图9示出擦除宽度和有效头磁场如何依赖于拖尾侧喉高与前导侧喉高之 间的关系。计算中使用的主极层的膜厚度、顶宽度和拖尾侧喉高TH—T分别 固定为200nm、 lOOnm和lOOnm，而前导侧喉高TH—L改变。在前导侧喉高 TH一L短于拖尾側喉高TH—T的现有技术结构中，擦除宽度为25至30nm大。 在前导侧喉高TH_L长于拖尾侧喉高TH—T的本发明结构中，随着喉高差增 大到+10nm，擦除宽度迅速下降到约5nm。超过+10nm,擦除宽度几乎恒定， 尽管喉高差增大到+25nm。
对照地，随着前导侧喉高TH一L增大，有效头^f兹场逐渐且单调下降。然 而，随着喉高差接近+30nm，下降速度变大。这会导致差的记录容量。由于 头磁场与拖尾侧和前导侧喉高的该相关性，期望使拖尾侧喉高比前导侧喉高 短约10至25nm。
与现有技术相比，本实施例的结构对于实现窄道宽、高记录分辨率和窄 擦除宽度非常有效，因为通过使主极层34的拖尾侧喉高TH_T短于前导侧喉高TH一L,可以大大改善头磁场分布。此外，由于头磁场分布从跨道方向 的相偏离能被减小，所以通过改善磁化转变的线性能有助于更高线密度的记 录。
图10和图11示出本写头结构实施例的变型。主极层34的底部(沿膜 厚方向观察)的宽度不需在芯片高度方向上恒定。该宽度可以随着离面对介 质的表面的距离增大而窄化或加宽。然而，期望〗吏相对于与面对介质的表面 垂直的方向的角度小于士20度。
图12是现有技术垂直记录石兹头中的主极层的示意性平面图。由于主极 层的道宽部分通过离子研磨成形，所以主极层的顶侧(沿膜厚方向观察)， 即拖尾侧通过研磨而更缩进。结果，主极层的拖尾侧喉高TH—T变得长于前 导侧喉高TH一L。在本实施例的情况下， 当通过离子研磨成形主极层34时， 离子对膜表面的入射角设置得较小或者离子的入射方向受到限制。通过应用 这样改善的工艺，可以使拖尾侧喉高TH—T短于前导侧喉高TH—L。
通过在图4A所示的磁盘驱动器中引入上述垂直记录磁头实施例，可以 实现高密度记录。
权利要求
1.一种垂直记录磁头，设置有包括主极层、第一次极层和线圈的写头，其中所述主极层的介质跟踪拖尾侧的喉高短于前导侧的喉高。
2. 如权利要求1所述的垂直记录^f兹头，其中沿深度方向从面对介质的表 面到展开部分开始点测量所述主极层的喉高，在所述展开部分开始点处所述 主极层的跨道宽度开始加宽。
3. 如权利要求1所述的垂直记录磁头，其中所述主极层的拖尾侧的喉高 比前导侧的喉高短10至25nm。
4. 如权利要求1所述的垂直记录^兹头，其中所述主极层的面对介质的表 面具有一形状，使得前导边缘的跨道宽度比拖尾边缘的跨道宽度窄。
5. 如权利要求1所述的垂直记录磁头，其中所述主极层的面对介质的表 面具有倒置梯形形状，使得前导边缘比拖尾边缘窄。
6. 如权利要求2所述的垂直记录;兹头，其中所述主极层的前导侧的跨道 宽度以相对于与所述面对介质的表面垂直的方向小于20度的角度从所述面 对介质的表面朝向所述展开部分开始点缩窄。
7. 如权利要求2所述的垂直记录磁头，其中所述主极层的前导侧的跨道 宽度以相对于与所述面对介质的表面垂直的方向小于20度的角度从所述面 对介质的表面朝向所述展开部分开始点加宽。
8. 如权利要求2所述的垂直记录磁头，其中所述主极层的跨道宽度在所 述展开部分开始点开始以相对于与所述面对介质的表面垂直的方向的20至 90度角加宽。
9. 如权利要求1所述的垂直记录磁头，其中软磁层经非磁层设置于所述 主极层的拖尾侧。
10. 如权利要求1所述的垂直记录磁头，其中软磁层经非磁层设置于所 述主极层的拖尾侧和两横向侧的每个上。
11. 如权利要求1所述的垂直记录磁头，其中所述垂直记录磁头包括与 所述写头相邻地设置且夹在两个磁屏蔽层之间的包括磁致电阻效应元件的 读头。
12. 如权利要求11所述的垂直记录石兹头，其中所述写头具有在所述读头 侧的第二次极层。
13. —种磁记录驱动器，包括磁记录介质、驱动该磁记录介质的介质驱 动部件、在该磁记录介质上进行写入的磁头、以及确定该磁头在该磁记录介 质上方的位置的头致动部件，其中所述磁记录介质是包括软磁衬层和磁记录层的垂直磁记录介质，且 所述磁头具有包括主极层、第一次极层和线圈的写头，所述主极层的介 质跟踪拖尾侧的喉高短于前导侧的喉高。
14. 如权利要求13所述的磁记录驱动器，其中所述主极层的拖尾侧的喉 高比前导侧的喉高短10至25nm。
15. 如权利要求13所述的磁记录驱动器，其中所述主极层的面对介质的 表面具有前导边缘的跨道宽度比拖尾边缘的跨道宽度窄的形状。
16. 如权利要求13所述的磁记录驱动器，其中所述主极层的前导侧的跨 道宽度以相对于与面对介质的表面垂直的方向小于20度的角度从所述面对 介质的表面朝向展开部分开始点缩窄。
17. 如权利要求13所述的;兹记录驱动器，其中所述主极层的前导侧的跨 道宽度以相对于与面对介质的表面垂直的方向小于20度的角度从所述面对 介质的表面朝向展开部分开始点加宽。
18. 如权利要求13所述的磁记录驱动器，其中软磁层经非磁层设置于所 述主极层的拖尾側。
19. 如权利要求13所述的磁记录驱动器，其中软磁层经非磁层设置于所 述主极层的拖尾侧和两横向侧的每个上。
20. 如权利要求13所述的;兹记录驱动器，其中提供与所述写头相邻地设 置且夹在两个磁屏蔽层之间的包括/磁致电阻效应元件的读头。
全文摘要
本发明提供一种用于垂直记录的磁头和磁记录装置。该垂直记录磁头设置有包括主极层、第一次极层和线圈的写头，其中所述主极层的介质跟踪拖尾侧的喉高短于前导侧的喉高。该垂直记录磁头具有窄的道宽、高的记录分辨率和窄的擦除宽度，源自写头的磁场分布适于高密度记录。
文档编号G11B5/10GK101587713SQ20091014111
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者丸山洋治, 岩仓忠幸, 木村亘 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司