隧穿磁阻磁头中CoPt硬磁偏置层的可靠性研究

论文摘要

隧穿式磁阻磁头最重要的特性是隧穿电流与其中的两层铁磁体磁化方向有关,而铁磁体磁化方向会随外加磁场方向变化。隧穿式磁头电流方向垂直于隧道结,导致其呈现较高的单位面积电阻以及磁阻率。单位面积电阻的增加有助于磁记录密度的提高。本课题主要研究隧穿磁阻磁头中的CoPt硬磁偏置层。该层使用CoPt永磁材料提供一定强度的稳定化磁场作用于自由层,可以减小巴克豪森噪音和提高磁头性能的输出稳定性。但随着磁头体积的逐渐变小,内部结构尺寸也逐渐减小,结构对外界条件的变化变得敏感,尤其是外界热和磁场的变化,因此硬磁层在外界变化条件中的可靠性将变得重要。本文通过设计在外界变化的磁场和温度下硬磁偏置层性能可靠性的评估实验,来研究温度因素与硬磁偏置层性能可靠性的关系,外界磁场因素与硬磁偏置层性能可靠性的关系和复合场因素与硬磁偏置层性能可靠性的关系。本文首先简要介绍了硬盘磁记录方式的发展历史,并且对隧穿式磁头的原理进行了说明;然后陈述了本次实验的实验方法及实验数据;最后对实验的数据进行分析。本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)通过设计不同温度对硬磁偏置层性能的评估试验,来研究温度与硬磁偏置层性能可靠性的关系,得出硬磁偏置层可靠工作的温度条件为:温度低于140℃,当高于140℃时,硬磁偏置层的剩磁场将会急剧下降,从而硬磁层对自由层的作用变弱。(2)通过设计不同的外界磁场对硬磁偏置层性能的评估实验,来研究外界磁场与硬磁偏置层性能可靠性的关系,得出硬磁偏置层在外界磁场中可靠工作的条件为:要获得磁头较好的线性输出,期望自由层的翻转强度M0满足M0≥0.8kOe;当不能满足该条件时,硬磁偏置层要在低于其矫顽场的外场作用后稳定工作,必须满足关系式M0≥3.3×105/Hc。(3)通过设计复合场对硬磁偏置层性能的评估试验,来研究复合场与硬磁偏置层性能可靠性关系,得出结论:磁场退火条件温度120℃,外磁场0.8kOe已经能对硬磁偏置层的磁矩钉扎。(4)通过分析硬磁偏置层缺陷对其性能的影响,得出硬磁偏置层的缺陷导致硬磁偏置层的矫顽力增大,剩磁减小。本文的研究成果具有良好的通用性,为磁记录传感器硬磁层的磁学性能稳定性分析提供了理论依据;同时,也可以作为失效分析技术参考。本文的结论对于确保硬盘中磁头工作的可靠性具有重要的理论价值和实际价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外磁记录磁头的类别及其发展
• 1.3.1 感应式记录磁头
• 1.3.2 磁滞电阻磁头
• 1.3.3 自旋阀读出磁头
• 1.3.4 隧道式磁阻传感器
• 1.4 隧穿磁阻记录头的原理及应用
• 1.4.1 TMR（Tunneling-Magneto-Resistance）现象的原理及特性
• 1.4.2 国内外TMR效应的应用
• 1.4.3 隧穿磁阻磁头存在的问题
• 1.5 硬磁层在磁头结构中的作用
• 1.5.1 硬磁偏置层的结构及性能参数
• 1.5.2 硬磁层性能对磁头性能的影响
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第2章 实验方法与测试原理
• 2.1 引言
• 2.2 试样选择
• 2.3 实验方法与内容
• 2.3.1 温度对硬磁偏置层作用的评估实验
• 2.3.2 外场对硬磁偏置层作用的评估实验
• 2.3.3 复合场对硬磁偏置层作用的评估实验
• 2.4 实验采用的设备与数据记录
• 2.4.1 低场静态测试设备QST-2002
• 2.4.2 动态测试设备GUZIK2002
• 2.4.3 高场静态测试设备HFQST2002
• 2.4.4 等温处理设备恒温箱
• 2.5 本章小结
• 第3章 CoPt硬磁偏置层的性能可靠性研究
• 3.1 引言
• 3.2 温度因素与硬磁偏置层性能可靠性的关系
• 3.2.1 等温时间与硬磁偏置层性能的关系
• 3.2.2 不同温度与硬磁偏置层性能的关系
• 3.3 外界磁场因素与硬磁偏置层性能可靠性的关系
• 3.3.1 外界反向磁场与硬磁偏置层性能的关系
• 3.3.2 外界垂直磁场与硬磁偏置层性能的关系
• 3.3.3 高场测试中硬磁偏置层稳定的相干条件
• 3.4 本章小结
• 第4章 CoPt硬磁偏置层的可靠性研究
• 4.1 引言
• 4.2 复合场与硬磁偏置层性能可靠性的关系
• 4.2.1 磁场退火的原理
• 4.2.2 复合场与硬磁偏置层性能的关系
• 4.3 硬磁偏置层缺陷对其性能的影响
• 4.3.1 缺陷对矫顽力的影响
• 4.3.2 硬磁偏置层缺陷与其性能的关系
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢