MR head technology from the perspective of read sensor evolution was reviewed. AMR sensors have been developed for last two decades and successfully employed into information storage devices such as disk drives. Development of manufacturable GMR sensors is of emerging technological interest because GMR sensors can further meet the need of ultrahigh recording density. In this review, the mechanisms, materials systems, operating principles of both AMR an GMR sensors, and the head structures were discuseed. Constructing GMR heads with ultrathin sensor materials and complex topographical structures demands unique fabrication and design challenges. The commercialization of GMR heads can only be realized by the succesful implementations of high performance materials, advanced thin film processes, and stable head design.
Characterization of an ultra precision grinding plate for GMR head manufacturing is performed by measuring frictional forces between the grinding plate and the advanced ceramic Two kinds of methods of producing the precision grinding plates are presented: texturing and micro-channeling. Texturing is effective in terms of production time but micro-channeling excels in quality control. It is found that the frictional coefficient of a precision grinding plate decreases as the impregnation of diamond grain onto the precision-grinding plate progresses, and remains unchanged once the impregnation process is successfully completed, even after 100 revolutions of the precision-grinding plate against the advanced ceramic under 40 N of normal force. Therefore, the measurement of the frictional coefficient can replace costly and time-consuming process of estimating the level of impregnation of diamond grain on the precision-grinding plate, which has been performed by using scanning electron microscope, and be employed as an index to determine the level of impregnation of diamond grain.
먼지 입자에 의한 thermal asperity(TA)써 발생은 드라이브의 신뢰성에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 드라이브의 입자 분사 시험 등을 통하여 헤드 및 디스크의 TA민감도를 분석하고 TA발생의 중요 인자들을 고찰하였다. 헤드의 TA 민감도는 MR 및 GMR 센서의 재질 및 특성에 많은 영향을 받으며 특히 바이어스 전류가 증가함에 띠라 TA 민감도는 증가한다. 한편 슬라이더의 ABS 형태를 적절히 설계 함으로서 TA를 어느 정도 감소시킬 수 있다. 디스크의 경우 디스크 카본 overcoat층의 scratch저항력을 증가시킴으로써 TA의 발생을 감소시킬 수 있다. 그러나 먼지 입자가 디스크 표면에 부착되는 정도를 결정하는 표면에너지는 TA 발생에 거의 영향을 미치지 않는다. 이는 TA 발생을 초래하는 먼지 입자의 크기가 1-2 $\mu\textrm{m}$로서 디스크 표면의 윤활막에 의한 모세관력이 너무 커서 입자들이 디스크표면으로부터 이탈할 수 없기 때문이다
초고밀도 자기기록 reading head로 사용되고 있는 거대자기저항(GMR, Giant Magnetoresistance) NiO 다층박막을 제작하고 이를 공기중에서 80 일간 자연산화시킨후, 형성된 산화층과 잔류응력 변화에 따른 NiO 스핀밸브 박막의 자기저항 특성을 연구하였다. $NiO(60nm)/Ni_{81}Fe_{19}(5nm)/Co(0.7nm)/Cu(2nm)/Co(0.7nm)/Ni_{81}Fe_{19}(7nm)$의 구조를 갖는 다층박막을 공기중에서 약 80일간 자연산화 시켰을 때, 자기저항비(MR)와 교환결합력$(H_{ex})$이 각각 4.9%와 110 Oe에서 7.3%와 170 Oe로 증가하였다. 이때, 스핀밸브박막의 비저항(P) 값은 $28{\mu}{\Omega}m$로 감소하였지만 박막의 비저항 값의 변화량$({\Delta}p)$는 크기변화가 거의 없는 것을 알 수 있었다. 그러므로, 자기저항비의 증가는 aging시간에 따른 비저항 값의 감소에 기인한 것으로 생각되며, 저항의 감소는 표면산화에 따라 전도전자의 반사율증가에 의한 것으로 사료된다. 또한 교환결합력의 증가는 반강자성체/자성체 박막사이 계면에서 발생한 잔류응력이 aging시간이 경과함에 따라 감소하여 특성이 강화된 것으로 생각된다.
교환이방성이란 반강자성층과 강자성층의 이층막(bilayer)사이의 교환작용에 의해 발생하는 일방향 자기이방성을 말한다. 본 연구에서는 스퍼터링법으로 제작한 NiO/NiFe 이층막에서 발생하는 교환이방성에 대한 연구를 통하여 이를 스핀밸브형 거대자기저항 소자에 적용하고자 하였다. 먼저 NiO 증착조건 변화에 따른 NiO/NiFe 이층막의 특성변화를 살펴보았으며, 이를 통하여 NiO 증착중 Ar 압력 변화가 이층막의 교환이방성에 가장 중요한 인자임을 알수 있었다. 즉 Ar 압력이 낮을수록 교환이방성 특성이 더 우수하였다. 이러한 이층막 조건을 통하여 스핀밸브형 거대자기저항 다층막을 증착하였으며 그 결과 3.4%의 자기저항비와 0.25%/Oe의 민감도를 얻었다.
This paper introduces the mechanism of the ESD(electrostatic discharge) in the HDD spindle system using FDBs(fluid dynamic bearings). When a HDD(hard disk drive) spindle system is rotating, triboelectric charging occurs in the FDBs through the friction between the lubricant and the rotating shaft or between the lubricant and stationary sleeve. And this electrostatic charge is accumulated in the rotating parts of the HDD spindle system because they are insulated from the ground by the lubricant. This research shows experimentally that the behavior of electric charge and discharge in the FDB spindle system is the same as that of a capacitor. It also measures the electrostatic voltage difference between the rotating and stationary parts in the FDB spindle system due to the change of humidity, supporting load and motor speed. This research shows that the control of ESD is required in the HDD spindle system using FDBs, because the electrostatic charge accumulated in the FDB spindle system may cause the breakdown damage of the GMR head and data loss consequently.
Characteristics of texture and groove precision lapping plate are experimentally investigated by Measuring frictional forces. It is found that the frictional coefficient decreases as the embedding of diamond particles progresses. The groove precision lapping plate with concentric micro-channels indicates superior capability in embedding micrometer-sized diamond particles and uniformity in diamond embedding compared with the texture precision lapping plate with a series of circular micro-channels.
The tribocharge build-up in the slider disk interface can cause ESD (electrostatic discharge) damage. In turn, ESD can cause severe melting damage to MR or GMR heads. We investigated the tribovoltage/current build-up with smooth and textured disks in HDD, operating at increasing disk accelerations. We found that tribe-voltage/current were generated during pico-slider/disk interaction and those levels were about 0.1 ${\~}$ 0.3 V and 10 ${\~}$ 40 pA, respectively. Tribovoltage/current were abruptly increased and dissipated within the acceleration time in the case of textured disk but in the case of smooth disk tribovoltage was continuously increased until the end of uniform velocity region and the tribocurrent did not dissipate within the acceleration time. In the case of textured dist tribovoltage/current was reduced with increasing disk acceleration, but in the case of smooth disk it was increased.
This paper introduces the mechanism of the ESD (Electrostatic discharge) in the HDD spindle system using FDBs (Fluid Dynamic Bearings). When a HDD (Hard Disk Drive) spindle system is rotating, triboelectric charging occurs in the FDBs through the friction of the lubricant between the rotating shaft and stationary sleeve. And this electrostatic charge is accumulated in the rotating part of the HDD spindle system because it is insulated from the ground by the lubricant. This research shows experimentally that the behavior of electric charge and discharge in the FDB spindle system is the same as that of a capacitor. It also measures the electrostatic charge and discharge of the FDB spindle system due to the chanse of humidity, supporting load and motor speed. This research shows that the control of ESD is required in the HDD spindle system using FDBs, because the electrostatic charge accumulated in the FDB spindle system may cause the breakdown damage of the GMR head and data loss consequently.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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