Магниторезистивные головки HDD.

Магниторезистивные головки HDD

(Magne-to-Resistive – MR и Gigant MagnetoResistive - GMR).

       В современных устройствах внешней памяти на жестких магнитных дисках большой емкости запись осуществляется сверхминиатюрными магнитными головками (с зазором), выполненными по микронной полупроводниковой технологии. Такие головки позволяют намагничивать предельно малые домены магнитной поверхности, но запись выполняется за счет энергии тока записи достаточной для этого мощности, а вот при считывании, очень слабые поля доменов, при прохождении под зазором головки дают очень слабый электрический сигнал в обмотке считывания. Поэтому в магнитной записи при повышении плотности записи возникает серьезная проблема - при уменьшении размеров магнитных доменов носителя уменьшается уровень считанного сигнала головки и существует вероятность принять шум за "полезный" сигнал. Для решения этой проблемы необходимо иметь более эффективную головку чтения, которая более достоверно сможет определить наличие сигнала от "слабых" полей доменов. 
                Известно, что от воздействия на некоторые материалы внешнего магнитного поля его сопротивление изменяется. Этот эффект был использован для создания считывающих головок нового поколения. Магниторезистивные (Magne-to-Resistive - MR) головки являются чувствительными детекторами и регистрируют малейшие изменения в зонах намагниченности, преобразуя их в электрические сигналы, которые могут быть интерпретированы как данные. При прохождении обычной головки над зоной смены знака, на выходах обмотки считывания формируется импульс напряжения, а при считывании данных с помощью магниторезистивной головки - ее сопротивление оказывается различным при прохождении над участками с разным значением остаточной (постоянной) намагниченности. Это явление и послужило основой для создания фирмой IBM нового типа считывающих головок. Через головку протекает небольшой постоянный измерительный ток (рис. 1), и при изменении сопротивления изменяется и падение напряжения на ней.
                Поскольку на основе магниторезистивного эффекта можно построить только считывающее устройство, магниторезистивная головка на самом деле - это две головки, объединенные в одну конструкцию. При этом записывающая часть представляет собой обычную индуктивную головку, а считывающая - магниторезистивную. Так как функции считывания и записи разделены между двумя отдельными узлами, каждый из них может быть спроектирован так, чтобы наилучшим образом выполнять предусмотренную операцию. Амплитуда выходного сигнала у такой головки оказывается примерно в четыре раза больше, чем у индуктивной головки. 



Рис. 1. Тракт чтения с МР головкой

                В конце девяностых годов разработчики уже стали использовать новый тип магниторезистивных головок, обладающих намного большей чувствительностью. Они были названы гигантскими магниторезистивными головками (Gigant MagnetoResistive - GMR). Они меньше стандартных магниторезистивных головок, а название получили на основе используемого эффекта. Специалисты утверждают, что в ближайшем будущем традиционные магнитные диски достигнут плотности записи в 1 Тбайт на квадратный дюйм. Одна из самых многообещающих технологий, которая была реализована в жестких дисках, основана на использовании сопряженных антиферромагнитных (AFC - antiferromagnetic coupled) покрытий поверхностного слоя диска. Использование ферромагнитной и антиферромагнитной пленок, разделенных особым обменным слоем на основе рутения, позволяет значительно улучшить важнейшие параметры магнитной слоя, что дает возможность размещать элементы записи ближе друг к другу. Эта технология позволила обойти ограничения, налагаемые суперпарамагнетизмом, что позволило добиться плотности записи в 200 Гбайт на квадратный дюйм.
                Еще одной перспективной технологией стала "перпендикулярная запись". При таком подходе магнитные полюса располагаются перпендикулярно поверхности диска, благодаря чему намагниченность соседних элементов записи меньше искажается от взаимного влияния соседних битов. Чтобы улучшить качество записи на диск, в будущих системах станут использовать нагрев места на диске, где предполагается записывать разряд данных, лазерным импульсом. Это позволяет ослабить электрические и магнитные поля, необходимые для записи разряда данных и размещать соответствующие участки на диске ближе друг к другу.
                Со временем, диски перестанут иметь гомогенную поверхность. Участки диска станут "прописывать" литографическим способом или под воздействием ионного пучка, а задающие отдельные разряды информации участки будут эффективно изолированы от магнитных полей, применяемых к их соседям. В конечном итоге появится структура, в которой одно зерно магнитного сплава будет хранить один разряд данных.
                Все фирмы, производящие накопители на жестких магнитных дисках, постоянно совершенствуют и модернизируют свои изделия, но все усовершенствования жестких дисков, как правило, не решают главной задачи - значительного роста объема накопителей за счет повышения плотности записи на единицу поверхности.