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JP2004005838A - Perpendicular magnetic disk unit - Google Patents

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Publication number
JP2004005838A
JP2004005838A JP2002160233A JP2002160233A JP2004005838A JP 2004005838 A JP2004005838 A JP 2004005838A JP 2002160233 A JP2002160233 A JP 2002160233A JP 2002160233 A JP2002160233 A JP 2002160233A JP 2004005838 A JP2004005838 A JP 2004005838A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
recording
magnetic disk
head
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002160233A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Yano
矢野 耕司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2002160233A priority Critical patent/JP2004005838A/en
Publication of JP2004005838A publication Critical patent/JP2004005838A/en
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Abstract

【課題】GMR素子の非線形応答を避けてエラーレート劣化のない垂直磁気ディスク装置を提供する。
【解決手段】垂直記録層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に記録された磁化を読み出す磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドと前記記録層との間の磁気スペーシングS(nm)が下記式
0.0532L+32.65>S>0.0532L+2.65
(ここで、Lは最長ビット長(nm))
を満たす垂直磁気ディスク装置。
【選択図】 図2
Provided is a perpendicular magnetic disk device that avoids a non-linear response of a GMR element and does not deteriorate error rate.
A perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular recording layer, and a reproducing head including a magnetoresistive element for reading out magnetization recorded on the perpendicular magnetic recording medium, wherein between the reproducing head and the recording layer. The magnetic spacing S (nm) of the following equation is 0.0532L + 32.65>S> 0.0532L + 2.65
(Where L is the longest bit length (nm))
Perpendicular magnetic disk drive that meets the requirements.
[Selection] Fig. 2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直磁気ディスク装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスク装置は飛躍的な記録密度の増加を続けている。これは大容量、小型化というユーザーニーズによるところが大きく、この傾向は今後も続いていくと考えられる。
【0003】
記録密度向上技術には、ヘッドまたは媒体のそれぞれにおける記録再生能力に関するもの、磁気ディスク装置としての性能に関するものなどが含まれる。現行の長手記録媒体における記録層を構成する磁性粒子の微小化も記録密度向上に大きく貢献する重要な技術である。すなわち、磁性粒子を微小化すると、磁化転移幅を狭くすることができ、高分解能の再生が可能となるため、高密度化に貢献する。しかし、磁性粒子を微小化すると、熱揺らぎの影響が大きくなり記録磁化が消失する可能性があるため、記録粒子をさらに微小化することは困難になってきている。これは長手記録媒体の限界と考えられており、これを打開する新たな技術が必要となっている。
【0004】
垂直記録方式は長手記録媒体の限界を超える技術のひとつである。垂直記録方式では、記録磁化方向が長手記録方式と異なることから、理論的には熱揺らぎによる記録密度限界が存在せず、長手記録方式よりも高い記録密度を実現できる。また、磁化転移幅が狭く、急峻な磁化転移での微分波形として大きな出力が得られるという利点がある。このため、今後の磁気ディスク装置は垂直記録方式を採用したものになっていくと予想される。ここで、垂直磁気ディスク装置においても、長手記録方式のものと同様に、再生ヘッドには巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)などの磁気抵抗効果素子を用いることが想定されている。
【0005】
しかし、GMR素子を含む再生ヘッドを用いた垂直磁気ディスク装置においては、非線形再生に伴うエラーレートの劣化という問題が生じることがわかってきた。以下、この点について説明する。
【0006】
GMR素子は、反強磁性層、軟磁性層(ピン層)、非磁性層および軟磁性層(フリー層)を含む積層構造を有し、ピン層とフリー層の磁化が平行か反平行かによって電気抵抗が変化する(GMR効果)ことを利用して、再生磁界を抵抗値の変化により検出するものである。
【0007】
一方、垂直磁気ディスク装置の磁気ディスクとしては、一般的に軟磁性裏打ち層と垂直記録層とを積層したものが用いられる。このような磁気ディスクの記録磁化を再生する際には、GMR素子と軟磁性裏打ち層との間に磁気的な結合が生じる。このため、垂直記録方式では長手記録方式の約2倍の高再生磁界、高再生出力が得られ、長手記録方式に対する長所であるとされている。
【0008】
しかし、GMR素子のフリー層の磁化が有限であることから、再生磁界が大きすぎると、フリー層の応答が鈍くなるかまたは応答しなくなる。これを非線形再生と呼ぶ。しかも、GMR素子のディメンジョンが小さくなるにつれて、再生非線形応答が生じやすい。非線形応答が生じると再生波形が歪み、チャネルにおいて最適な信号処理ができなくなるため、エラーレートの劣化を招く。このように、再生磁界(H)を再生出力(ρ)に変換するGMR素子では、ρ−H特性が線形関係を有していることが望ましいことは明らかである。
【0009】
長手磁気ディスク装置では再生磁界が小さいため、これまで非線形再生が問題になったことはない。すなわち、上記の問題は再生磁界の大きい垂直磁気ディスク装置特有の問題である。一方、再生素子に着目すれば、上記の問題はGMR素子だけでなくトンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子)でも起こる共通した問題である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、GMR素子の非線形応答を避けてエラーレート劣化のない垂直磁気ディスク装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る磁気ディスク装置は、垂直記録層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に記録された磁化を読み出す磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドと前記記録層との間の磁気スペーシングS(nm)が下記式
0.0532L+32.65>S>0.0532L+2.65
(ここで、Lは最長ビット長(nm))
を満たすことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についてより詳細に説明する。
垂直磁気ディスク装置において、非線形再生を起こさないようにするためには、再生磁界(H)に対するGMR素子の再生出力(ρ)の線形領域を広げること、または再生磁界を減少させることが考えられる。前者の線形領域を広げるアプローチとしては、(1)ρ−H特性の傾きを緩やかにすることが考えられる。後者の再生磁界を減少させるアプローチとしては、(2)再生ヘッドを構成する再生シールドの位置、形状、材料を調整して再生シールドに導入される再生磁界を増やす、(3)再生ヘッド−媒体間の磁気スペーシングを増す、(4)媒体の残留磁化を減らす、などが考えられる。
【0013】
ここで、これまでの磁気ディスク装置の開発過程では、記録密度の向上に伴う再生磁界の低下および分解能の低下に対応するために、磁気ヘッドの浮上高を減少させる傾向が続いている。このため、垂直磁気ディスク装置でも、長手記録方式での再生出力の低い領域に合わせた設計を採用して、浮上高をできる限り低くするように設計している。これに対して、垂直磁気ディスク装置で浮上高を上げれば、(3)の再生ヘッド−媒体間の磁気スペーシングを増して再生磁界を弱くできるうえに、装置の信頼性や製造性も向上できるので望ましい。
【0014】
本発明においては、上述したように磁気スペーシングS(nm)を、
S>0.0532L+2.65
(ここで、Lは最長ビット長(nm))
を満たすように広くする。ただし、磁気スペーシングが広すぎると、ビットエラーレート(BER)が劣化するので、
0.0532L+32.65>S
を満たすように磁気スペーシングSの上限を設定する。これらの式の導出については実施例の欄で詳細に説明する。
【0015】
なお、垂直磁気ディスク装置における磁気ヘッドと垂直記録層との間の磁気スペーシングについて規定している公知例としては、特許第3039033号公報および特開平6−267221号公報がある。
【0016】
特許第3039033号公報は、単磁極型磁気ヘッドの主磁極先端面と二層膜構造の垂直磁気記録媒体の垂直記録膜面との間のスペーシングの微小な変動に対する再生出力の変動を小さくして安定化させるために、スペーシングを適切に設定することを開示している。この公報の請求項に記載されている式から、垂直記録膜の特性に対応してスペーシングの上限値が設定されることがわかる。
【0017】
特開平6−267221号公報は、垂直記録媒体の再生出力の低下を避けるために、記録時の媒体−ヘッド間のスペーシングを再生時の媒体−ヘッド間のスペーシングよりも小さくすることを開示している。また、この公報では、再生時の媒体−ヘッド間のスペーシングについて上限値が規定されている。
【0018】
しかし、上記のいずれの公知例も、非線形再生を避けるという課題を開示しておらず、この課題を解決するために従来の装置よりも媒体−再生ヘッド間の磁気スペーシングを大きくするという本願発明の技術的思想を示唆していない。
【0019】
本発明の実施形態の磁気ディスク装置において用いられる垂直磁気記録媒体は、基板上に形成された軟磁性裏打ち層および垂直記録層を有する。なお、軟磁性裏打ち層と垂直記録層との間に、結晶制御層などの下地層を設けてもよい。また、通常、垂直記録層上には保護層が設けられる。
【0020】
軟磁性裏打ち層は高透磁率と高飽和磁束密度を併せ持つ材料であることが望ましい。軟磁性裏打ち層の材料としては、Fe、Coなどの3d遷移金属を含む材料が用いられ、具体的にはCoZrNbやFeAlSiなどが挙げられる。
【0021】
垂直記録層は垂直磁気異方性を有し、低保磁力、高残留磁化、高角形比を満たす材料が望ましい。保磁力が高すぎると、記録ヘッドの能力によっては良好に記録できなくなる可能性がある。現行の記録ヘッドの記録能力を考慮すると、垂直記録層の保磁力は約3〜6kOeであることが望ましい。垂直記録層は、高再生出力のためには高残留磁化、高記録保持能力のためには高角形比を有することが望ましい。具体的な垂直記録層の材料としては、CoCr系合金や、Co層と非磁性層とを交互に積層した人工格子膜などが挙げられる。
【0022】
本発明の実施形態の磁気ディスク装置において用いられる再生ヘッドは再生素子として磁気抵抗効果素子を含む。具体的な磁気抵抗効果素子としては、高感度再生を実現できる巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)、トンネル磁気抵抗効果素子(TMR素子)などが挙げられる。
【0023】
GMR素子は、反強磁性層、軟磁性層(ピン層)、金属非磁性層および軟磁性層(フリー層)を含む積層構造を有する。TMR素子は、反強磁性層、軟磁性層(ピン層)、誘電体層および軟磁性層(フリー層)を含む積層構造を有する。通常、これらの再生素子は、1対のシールド間に挟まれる。
【0024】
再生ヘッドは記録ヘッドとともに形成される。記録ヘッドの代表例は、垂直磁気記録に適した単磁極ヘッドである。磁極材料は高透磁率と高飽和磁束密度を満たす材料が望ましく、具体的にはパーマロイなどが挙げられる。磁極形状は、磁化転移幅減少のために、そのABS面が台形となるように加工されていることが望ましい。
【0025】
再生ヘッドで読み出されたリード信号は、微分回路を含むチャネルで信号処理されて微分信号に変換される。
【0026】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【0027】
図1は、本実施例における垂直磁気ディスク装置の内部構造を示す斜視図である。筐体1内には、磁気ディスク10がスピンドルモータ11に回転可能に取り付けられている。一方、磁気ディスク10近傍の軸12に、アーム13、サスペンション14、スライダ15が取り付けられ、スライダ15の先端に再生ヘッドおよび記録ヘッドを含む磁気ヘッド(図1では表示せず)が形成されている。アーム13は、ボイスコイルモータ16により磁気ディスク10の径方向に移動可能になっている。記録・再生時には磁気ディスク10表面に形成された所定のトラック上に再生ヘッドおよび記録ヘッドを含む磁気ヘッドが浮上した状態で配置される。磁気ヘッドはフレキシブルプリント回路を介してプリアンプ回路、リード/ライトチャネル、コントローラなどを実装した回路基板に接続されている。
【0028】
図2は、記録・再生時の磁気ディスクおよび磁気ヘッドを示す断面図である。磁気ディスク10は、非磁性基板101上に、軟磁性裏打ち層102、結晶制御層103、垂直記録層104、保護層105を形成した構造を有する。垂直記録層104には、最長ビット長Lを表示している。
【0029】
磁気ヘッド20は再生ヘッド21と記録ヘッド22とを含む。再生ヘッド21は、図示しないヘッド基板上で一対のシールド201、203の間に絶縁層を介してGMR素子202を挟んだ構造を有する。GMR素子202は反強磁性層、ピン層、金属非磁性層およびフリー層を含む。一方のシールド203上に絶縁膜を介して単磁極ヘッド204が形成されている。単磁極ヘッド204は、媒体対向面から後退した位置で、シールド203と磁気的に結合している。また、シールド203と単磁極ヘッド204との間の絶縁膜には励磁コイル(図示せず)が埋め込まれている。また、磁気ヘッド20全体の表面には保護層205が形成されている。
【0030】
図2には、磁気ヘッドの浮上高FHおよびヘッド−記録層間の磁気スペーシングSを示している。
【0031】
単磁極ヘッド204から発生される記録磁界は、垂直記録層104、軟磁性裏打ち層102を通って閉磁路を形成し、垂直記録層104には膜面垂直方向に記録磁界が印加される。GMR素子202で読み出されたリード信号は、微分回路を含むチャネルを通して微分信号に変換されて信号処理される。
【0032】
図3に、GMR素子の再生出力TAA(μV)と再生磁界との関係(ρ−H特性)を示す。この図は、GMR素子単独の特性を調べたものである。5つのGMR素子について同様の測定を行ったが、いずれの場合も同様の傾向を示したので、図3にはその代表例を示している。
【0033】
図3に示されるように、再生磁界が約−250Oeから約200Oeまでの範囲ではGMR素子は線形応答するとみなすことができる。しかし、再生磁界が約−250Oeまたは約200Oeを超えると、GMR素子の再生出力は飽和して傾きがなだらかになる。ここで、線形領域の限界をHsと定義する。図3から、この磁気ヘッドは再生出力が1600μV(H=200Oe)以上で、ρ−H特性の非線形領域を用いて再生を行っていることになる(非線形再生)。
【0034】
非線形再生を行うと信号が歪み、チャネルでの信号処理時にエラーレートが高まる原因となる。以下、本発明においてこの問題を防ぐために、ρ−H特性の非線形領域を用いずに線形再生する手段について説明する。
【0035】
図4に本実施例の垂直磁気ディスク装置における再生出力の記録周波数依存を示す。図4に示されるように、記録周波数を増加させると再生出力は減少している。このため、大きな再生出力が得られる最低記録周波数の信号の再生時に非線形再生を行わない条件を考えればいいことばわかる。
【0036】
最低記録周波数での再生出力を詳細に調べるため、図4の低記録周波数領域を拡大したものを図5に示す。図5から、低記録周波数での再生出力TAA(μV)と記録周波数f(kFCI)との関係は、
TAA=−1.62f+1750
と線形近似できることがわかる。
【0037】
図5の横軸の記録周波数を最長ビット長Lに換算して、再生出力TAA(μV)と最長ビット長L(nm)との関係を図6に示す。図6から、再生出力TAA(μV)と最長ビット長L(nm)との関係は、
TAA=0.159L+1577
で線形近似できることがわかる。
【0038】
上記の式に、図3で得られた線形領域の限界であるTAA=1600μVを代入すると、145nmよりも長い記録ビットでは非線形再生を行っていることがわかる。したがって、(L−145)×0.159(μV)だけ再生出力を減少させることができれば、非線形再生はなくなるといえる。
【0039】
ここで磁気スペーシングSを広げることによって、再生出力を減少させて非線形再生をなくすように考える。
【0040】
図7に、磁気スペーシングSの増分ΔSと規格化再生出力との関係を示す。図7から、磁気スペーシングを1nm増やすと、再生出力が1%減少することがわかる。本実施例の磁気ヘッドでは、1%の再生出力は17.5μVに相当するため、ヘッド飽和を抑えるため増やすべき磁気スペーシングの増分ΔSは
ΔS=(L−145)×0.159)/17.5
となる。
【0041】
図8に現行の設計における磁気スペーシングScと最長ビット長Lとの関係を示す。図8の破線の関係は、
Sc=0.0441L+3.964
となる。しかし、この設計では非線形再生が起きる。このため、本発明では磁気スペーシングSを、現行のScよりも少なくともΔSだけ広げる。すなわち、磁気スペーシングS>(Sc+ΔS)とする。この式に上記のScおよびΔSを代入することにより、本発明における磁気スペーシングSと最長ビット長Lとの関係が得られる。すなわち、
S>0.0532L+2.65
(ここで、Lは最長ビット長(nm))
となり、この式を図8に実線で示す。この式を満たすように磁気スペーシングSを設計すれば非線形再生をなくすことができる。
【0042】
次に、磁気スペーシングSの上限について検討する。図9に垂直磁気ディスク装置のビットエラーレート(BER)の浮上高(ΔFH)依存性を示す。図9から、浮上高が1nm高くなると、BERは約0.1だけ劣化している。この図からわかるように、浮上高を必要以上に増加させるとBERが劣化して、HDD性能が仕様を満たさなくなる。HDDのBER初期値は6.0前後であり、これが3.0に近い値になるとその後に信号処理してもBERの向上分が著しく劣化する。よって、BERの劣化が3.0以上になると明らかにデメリットが大きい。この値は30nmのΔFHに相当する。したがって、本発明では、磁気スペーシングS(nm)の上限値を、
0.0532L+32.65>S
(ここで、Lは最長ビット長(nm))
とすることが好ましい。
【0043】
以上のように、磁気スペーシングが上式を満たすように設計された垂直磁気ディスク装置では非線形再生をなくすことができる。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、GMR素子の非線形応答を避けてエラーレート劣化のない垂直磁気ディスク装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における垂直磁気ディスク装置の内部構造を示す斜視図。
【図2】記録・再生時の磁気ディスクおよび磁気ヘッドを示す断面図。
【図3】GMR素子の再生出力TAAと再生磁界との関係を示す図。
【図4】本発明の実施例における垂直磁気ディスク装置の再生出力の記録周波数依存を示す図。
【図5】図4の低記録周波数領域を拡大して示す図。
【図6】再生出力TAAと最長ビット長Lとの関係を示す図。
【図7】磁気スペーシングSの増分ΔSと規格化再生出力との関係を示す図。
【図8】現行の設計における磁気スペーシングScと最長ビット長Lとの関係、および本発明における磁気スペーシングSと最長ビット長Lとの関係を示す図。
【図9】本発明の実施例における垂直磁気ディスク装置のビットエラーレートの浮上高依存性を示す図。
【符号の説明】
1…筐体
10…磁気ディスク
11…スピンドルモータ
12…軸
13…アーム
14…サスペンション
15…スライダ
16…ボイスコイルモータ
20…磁気ヘッド
21…再生ヘッド
22…記録ヘッド
101…非磁性基板
102…軟磁性裏打ち層
103…結晶制御層
104…垂直記録層
105…保護層
201、203…シールド
202…GMR素子
204…単磁極ヘッド
205…保護層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a perpendicular magnetic disk drive.
[0002]
[Prior art]
Magnetic disk drives continue to dramatically increase recording density. This is largely due to user needs for large capacity and miniaturization, and this trend is expected to continue in the future.
[0003]
The recording density improving technology includes a technology relating to the recording / reproducing ability of each of the head and the medium, and a technology relating to performance as a magnetic disk device. The miniaturization of the magnetic particles constituting the recording layer in the current longitudinal recording medium is also an important technique that greatly contributes to the improvement of the recording density. That is, when the magnetic particles are miniaturized, the width of the magnetization transition can be narrowed, and high-resolution reproduction can be performed, which contributes to higher density. However, when the magnetic particles are miniaturized, the influence of thermal fluctuation becomes large, and there is a possibility that the recording magnetization disappears. Therefore, it is difficult to further miniaturize the recording particles. This is considered to be the limit of the longitudinal recording medium, and a new technique for overcoming this is required.
[0004]
Perpendicular recording is one of the technologies that exceeds the limit of longitudinal recording media. In the perpendicular recording method, since the recording magnetization direction is different from that in the longitudinal recording method, there is theoretically no recording density limit due to thermal fluctuation, and a higher recording density can be realized than in the longitudinal recording method. Further, there is an advantage that the magnetization transition width is narrow and a large output is obtained as a differential waveform at the steep magnetization transition. For this reason, it is expected that magnetic disk devices in the future will adopt the perpendicular recording method. Here, also in the perpendicular magnetic disk device, it is assumed that a magnetoresistive element such as a giant magnetoresistive element (GMR element) is used for the reproducing head as in the longitudinal recording type.
[0005]
However, it has been found that in a perpendicular magnetic disk drive using a reproducing head including a GMR element, a problem of deterioration of an error rate accompanying non-linear reproduction occurs. Hereinafter, this point will be described.
[0006]
The GMR element has a laminated structure including an antiferromagnetic layer, a soft magnetic layer (pin layer), a non-magnetic layer, and a soft magnetic layer (free layer), depending on whether the magnetization of the pin layer and the free layer is parallel or antiparallel. By utilizing the fact that the electrical resistance changes (GMR effect), the reproducing magnetic field is detected by the change in the resistance value.
[0007]
On the other hand, as a magnetic disk of a perpendicular magnetic disk device, a magnetic disk in which a soft magnetic underlayer and a perpendicular recording layer are laminated is generally used. When reproducing the recorded magnetization of such a magnetic disk, magnetic coupling occurs between the GMR element and the soft magnetic underlayer. For this reason, the perpendicular recording method can obtain a high reproduction magnetic field and a high reproduction output, which are about twice that of the longitudinal recording method, and are considered to be advantages over the longitudinal recording method.
[0008]
However, since the magnetization of the free layer of the GMR element is finite, if the reproducing magnetic field is too large, the response of the free layer becomes dull or unresponsive. This is called non-linear reproduction. In addition, as the dimensions of the GMR element become smaller, a reproduction nonlinear response is more likely to occur. When a non-linear response occurs, a reproduced waveform is distorted, and optimal signal processing cannot be performed in a channel, thereby causing a deterioration in an error rate. Thus, in the GMR element for converting the reproducing magnetic field (H) into the reproducing output (ρ), it is apparent that the ρ-H characteristic desirably has a linear relationship.
[0009]
Since the reproducing magnetic field is small in the longitudinal magnetic disk device, nonlinear reproduction has not been a problem so far. That is, the above problem is a problem peculiar to a perpendicular magnetic disk device having a large reproducing magnetic field. On the other hand, when focusing on the reproducing element, the above problem is a common problem that occurs not only in the GMR element but also in the tunnel magnetoresistive element (TMR element).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a perpendicular magnetic disk drive which avoids a non-linear response of a GMR element and does not cause an error rate degradation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A magnetic disk drive according to one aspect of the present invention includes a perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular recording layer, and a read head including a magnetoresistive element for reading magnetization recorded on the perpendicular magnetic recording medium, and The magnetic spacing S (nm) between the head and the recording layer is expressed by the following equation: 0.0532L + 32.65>S> 0.0532L + 2.65
(Where L is the longest bit length (nm))
Is satisfied.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In order to prevent non-linear reproduction from occurring in the perpendicular magnetic disk device, it is conceivable to increase the linear region of the reproduction output (ρ) of the GMR element with respect to the reproduction magnetic field (H) or reduce the reproduction magnetic field. As the former approach of expanding the linear region, it is conceivable to (1) moderate the slope of the ρ-H characteristic. The latter approach for reducing the reproducing magnetic field includes: (2) adjusting the position, shape, and material of the reproducing shield constituting the reproducing head to increase the reproducing magnetic field introduced into the reproducing shield; and (3) between the reproducing head and the medium. And (4) reducing the residual magnetization of the medium.
[0013]
Here, in the development process of the magnetic disk device so far, there has been a tendency to reduce the flying height of the magnetic head in order to cope with a decrease in the reproducing magnetic field and a decrease in the resolution accompanying the improvement in the recording density. For this reason, the perpendicular magnetic disk device is also designed to have a flying height as low as possible by adopting a design adapted to a region where the reproduction output in the longitudinal recording method is low. On the other hand, if the flying height is increased in the perpendicular magnetic disk drive, the magnetic field between the read head and the medium in (3) can be increased to reduce the read magnetic field, and the reliability and manufacturability of the drive can be improved. So desirable.
[0014]
In the present invention, as described above, the magnetic spacing S (nm) is
S> 0.0532L + 2.65
(Where L is the longest bit length (nm))
Wide to meet. However, if the magnetic spacing is too wide, the bit error rate (BER) deteriorates.
0.0532L + 32.65> S
The upper limit of the magnetic spacing S is set so as to satisfy the following. The derivation of these equations will be described in detail in the section of Examples.
[0015]
In addition, as a known example which regulates a magnetic spacing between a magnetic head and a perpendicular recording layer in a perpendicular magnetic disk device, there are Japanese Patent No. 3039033 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-267221.
[0016]
Japanese Patent No. 3039033 discloses a technique for reducing fluctuations in reproduction output with respect to minute fluctuations in spacing between a leading end face of a main pole of a single pole type magnetic head and a perpendicular recording film surface of a perpendicular magnetic recording medium having a two-layer film structure. It discloses that the spacing is appropriately set for stabilization. From the expression described in the claims of this publication, it is understood that the upper limit value of the spacing is set according to the characteristics of the perpendicular recording film.
[0017]
JP-A-6-267221 discloses that the spacing between the medium and the head at the time of recording is made smaller than the spacing between the medium and the head at the time of reproduction in order to avoid a decrease in the reproduction output of the perpendicular recording medium. are doing. Also, in this publication, an upper limit value is specified for the spacing between the medium and the head during reproduction.
[0018]
However, none of the above known examples disclose the problem of avoiding non-linear reproduction, and in order to solve this problem, the present invention of increasing the magnetic spacing between the medium and the reproduction head as compared with the conventional apparatus. Does not suggest the technical idea.
[0019]
A perpendicular magnetic recording medium used in a magnetic disk device according to an embodiment of the present invention has a soft magnetic underlayer and a perpendicular recording layer formed on a substrate. Note that an underlayer such as a crystal control layer may be provided between the soft magnetic underlayer and the perpendicular recording layer. Usually, a protective layer is provided on the perpendicular recording layer.
[0020]
The soft magnetic underlayer is desirably a material having both high magnetic permeability and high saturation magnetic flux density. As the material of the soft magnetic underlayer, a material containing a 3d transition metal such as Fe or Co is used, and specific examples thereof include CoZrNb and FeAlSi.
[0021]
The perpendicular recording layer is preferably made of a material having perpendicular magnetic anisotropy and satisfying low coercive force, high remanence magnetization and high squareness ratio. If the coercive force is too high, good recording may not be possible depending on the capability of the recording head. In consideration of the recording performance of the current recording head, the coercive force of the perpendicular recording layer is desirably about 3 to 6 kOe. The perpendicular recording layer desirably has a high remanent magnetization for a high reproduction output and a high squareness ratio for a high recording holding ability. Specific examples of the material of the perpendicular recording layer include a CoCr-based alloy and an artificial lattice film in which Co layers and nonmagnetic layers are alternately stacked.
[0022]
The reproducing head used in the magnetic disk drive of the embodiment of the present invention includes a magnetoresistive element as a reproducing element. Specific examples of the magnetoresistive element include a giant magnetoresistive element (GMR element) and a tunnel magnetoresistive element (TMR element) that can realize high-sensitivity reproduction.
[0023]
The GMR element has a laminated structure including an antiferromagnetic layer, a soft magnetic layer (pin layer), a metal non-magnetic layer, and a soft magnetic layer (free layer). The TMR element has a laminated structure including an antiferromagnetic layer, a soft magnetic layer (pin layer), a dielectric layer, and a soft magnetic layer (free layer). Usually, these reproducing elements are sandwiched between a pair of shields.
[0024]
The reproducing head is formed together with the recording head. A typical example of the recording head is a single pole head suitable for perpendicular magnetic recording. The magnetic pole material is desirably a material that satisfies high magnetic permeability and high saturation magnetic flux density, and specific examples include permalloy. The magnetic pole shape is desirably machined so that the ABS surface becomes trapezoidal in order to reduce the magnetization transition width.
[0025]
The read signal read by the read head is subjected to signal processing in a channel including a differentiating circuit and is converted into a differential signal.
[0026]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a perspective view showing the internal structure of the perpendicular magnetic disk drive in this embodiment. A magnetic disk 10 is rotatably mounted on a spindle motor 11 in the housing 1. On the other hand, an arm 13, a suspension 14, and a slider 15 are attached to a shaft 12 near the magnetic disk 10, and a magnetic head (not shown in FIG. 1) including a reproducing head and a recording head is formed at the tip of the slider 15. . The arm 13 is movable in the radial direction of the magnetic disk 10 by a voice coil motor 16. At the time of recording / reproducing, a magnetic head including a reproducing head and a recording head is arranged on a predetermined track formed on the surface of the magnetic disk 10 in a floating state. The magnetic head is connected to a circuit board on which a preamplifier circuit, a read / write channel, a controller and the like are mounted via a flexible printed circuit.
[0028]
FIG. 2 is a sectional view showing the magnetic disk and the magnetic head during recording / reproduction. The magnetic disk 10 has a structure in which a soft magnetic underlayer 102, a crystal control layer 103, a perpendicular recording layer 104, and a protective layer 105 are formed on a nonmagnetic substrate 101. On the vertical recording layer 104, the longest bit length L is displayed.
[0029]
The magnetic head 20 includes a reproducing head 21 and a recording head 22. The reproducing head 21 has a structure in which a GMR element 202 is interposed between a pair of shields 201 and 203 via an insulating layer on a head substrate (not shown). GMR element 202 includes an antiferromagnetic layer, a pinned layer, a metal nonmagnetic layer, and a free layer. A single pole head 204 is formed on one shield 203 via an insulating film. The single pole head 204 is magnetically coupled to the shield 203 at a position retracted from the medium facing surface. An exciting coil (not shown) is embedded in an insulating film between the shield 203 and the single pole head 204. A protective layer 205 is formed on the entire surface of the magnetic head 20.
[0030]
FIG. 2 shows the flying height FH of the magnetic head and the magnetic spacing S between the head and the recording layer.
[0031]
The recording magnetic field generated from the single pole head 204 forms a closed magnetic path through the perpendicular recording layer 104 and the soft magnetic underlayer 102, and a recording magnetic field is applied to the perpendicular recording layer 104 in a direction perpendicular to the film surface. The read signal read by the GMR element 202 is converted into a differentiated signal through a channel including a differentiating circuit and subjected to signal processing.
[0032]
FIG. 3 shows a relationship (ρ-H characteristic) between the reproduction output TAA (μV) of the GMR element and the reproduction magnetic field. This figure examines the characteristics of the GMR element alone. The same measurement was performed for the five GMR elements. In each case, the same tendency was shown, and FIG. 3 shows a representative example.
[0033]
As shown in FIG. 3, the GMR element can be considered to have a linear response when the reproducing magnetic field is in a range from about -250 Oe to about 200 Oe. However, when the reproducing magnetic field exceeds about -250 Oe or about 200 Oe, the reproducing output of the GMR element is saturated and the slope becomes gentle. Here, the limit of the linear region is defined as Hs. From FIG. 3, it can be seen that this magnetic head has a reproduction output of 1600 μV (H = 200 Oe) or more and performs reproduction using the nonlinear region of the ρ-H characteristic (non-linear reproduction).
[0034]
When nonlinear reproduction is performed, the signal is distorted, which causes an increase in error rate during signal processing in a channel. Hereinafter, in order to prevent this problem in the present invention, a means for performing linear reproduction without using a nonlinear region of the ρ-H characteristic will be described.
[0035]
FIG. 4 shows the dependence of the reproduction output on the recording frequency in the perpendicular magnetic disk device of this embodiment. As shown in FIG. 4, when the recording frequency is increased, the reproduction output decreases. For this reason, it can be understood that it is sufficient to consider a condition that non-linear reproduction is not performed when reproducing a signal having the lowest recording frequency at which a large reproduction output is obtained.
[0036]
FIG. 5 shows an enlarged view of the low recording frequency region of FIG. 4 in order to examine the reproduction output at the lowest recording frequency in detail. From FIG. 5, the relationship between the reproduction output TAA (μV) at a low recording frequency and the recording frequency f (kFCI) is as follows.
TAA = -1.62f + 1750
It can be seen that a linear approximation can be made.
[0037]
The recording frequency on the horizontal axis in FIG. 5 is converted into the longest bit length L, and the relationship between the reproduction output TAA (μV) and the longest bit length L (nm) is shown in FIG. From FIG. 6, the relationship between the reproduction output TAA (μV) and the longest bit length L (nm) is as follows.
TAA = 0.159 L + 1577
It can be seen that can be linearly approximated by
[0038]
By substituting TAA = 1600 μV, which is the limit of the linear region obtained in FIG. 3, into the above equation, it can be seen that non-linear reproduction is performed with recording bits longer than 145 nm. Therefore, if the reproduction output can be reduced by (L-145) × 0.159 (μV), it can be said that the non-linear reproduction is eliminated.
[0039]
Here, it is considered that the reproduction output is reduced by widening the magnetic spacing S to eliminate nonlinear reproduction.
[0040]
FIG. 7 shows the relationship between the increment ΔS of the magnetic spacing S and the normalized reproduction output. FIG. 7 shows that increasing the magnetic spacing by 1 nm reduces the reproduction output by 1%. In the magnetic head of the present embodiment, since the reproduction output of 1% corresponds to 17.5 μV, the increment ΔS of the magnetic spacing to be increased to suppress the head saturation is ΔS = (L−145) × 0.159) / 17 .5
It becomes.
[0041]
FIG. 8 shows the relationship between the magnetic spacing Sc and the longest bit length L in the current design. The relationship of the broken line in FIG.
Sc = 0.0441L + 3.964
It becomes. However, non-linear regeneration occurs in this design. For this reason, in the present invention, the magnetic spacing S is made wider than the current Sc by at least ΔS. That is, magnetic spacing S> (Sc + ΔS). By substituting the above Sc and ΔS into this equation, the relationship between the magnetic spacing S and the longest bit length L in the present invention can be obtained. That is,
S> 0.0532L + 2.65
(Where L is the longest bit length (nm))
This equation is shown by a solid line in FIG. If the magnetic spacing S is designed so as to satisfy this equation, nonlinear reproduction can be eliminated.
[0042]
Next, the upper limit of the magnetic spacing S will be discussed. FIG. 9 shows the flying height (ΔFH) dependency of the bit error rate (BER) of the perpendicular magnetic disk drive. As shown in FIG. 9, when the flying height increases by 1 nm, the BER deteriorates by about 0.1. As can be seen from this figure, if the flying height is increased more than necessary, the BER deteriorates and the HDD performance does not meet the specifications. The BER initial value of the HDD is about 6.0, and if this value is close to 3.0, the BER improvement is significantly deteriorated even if signal processing is performed thereafter. Therefore, when the BER degradation becomes 3.0 or more, the demerit is clearly large. This value corresponds to a ΔFH of 30 nm. Therefore, in the present invention, the upper limit of the magnetic spacing S (nm) is
0.0532L + 32.65> S
(Where L is the longest bit length (nm))
It is preferable that
[0043]
As described above, in the perpendicular magnetic disk drive designed so that the magnetic spacing satisfies the above expression, the nonlinear reproduction can be eliminated.
[0044]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a perpendicular magnetic disk drive that avoids the non-linear response of the GMR element and does not deteriorate the error rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the internal structure of a perpendicular magnetic disk drive according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a magnetic disk and a magnetic head during recording / reproduction.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a reproduction output TAA of a GMR element and a reproduction magnetic field.
FIG. 4 is a diagram showing the recording frequency dependence of the reproduction output of the perpendicular magnetic disk device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged view showing a low recording frequency region in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a reproduction output TAA and a maximum bit length L.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an increment ΔS of a magnetic spacing S and a normalized reproduction output.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the magnetic spacing Sc and the longest bit length L in the current design, and the relationship between the magnetic spacing S and the longest bit length L in the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the flying height dependency of the bit error rate of the perpendicular magnetic disk device in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Case 10 ... Magnetic disk 11 ... Spindle motor 12 ... Axis 13 ... Arm 14 ... Suspension 15 ... Slider 16 ... Voice coil motor 20 ... Magnetic head 21 ... Reproduction head 22 ... Recording head 101 ... Non-magnetic substrate 102 ... Soft magnetism Backing layer 103 Crystal control layer 104 Perpendicular recording layer 105 Protective layers 201 and 203 Shield 202 GMR element 204 Single pole head 205 Protective layer

Claims (2)

垂直記録層を有する垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に記録された磁化を読み出す磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドとを有し、前記再生ヘッドと前記記録層との間の磁気スペーシングS(nm)が下記式
0.0532L+32.65>S>0.0532L+2.65
(ここで、Lは最長ビット長(nm))
を満たすことを特徴とする垂直磁気ディスク装置。
A perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular recording layer; and a reproducing head including a magnetoresistive element for reading magnetization recorded on the perpendicular magnetic recording medium, wherein a magnetic spacing between the reproducing head and the recording layer is provided. S (nm) is the following formula: 0.0532L + 32.65>S> 0.0532L + 2.65
(Where L is the longest bit length (nm))
A perpendicular magnetic disk drive characterized by satisfying the following.
前記垂直記録層が、CoCr系合金で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の垂直磁気ディスク装置。2. The perpendicular magnetic disk drive according to claim 1, wherein the perpendicular recording layer is formed of a CoCr-based alloy.
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