Головка записи-чтения

Головка записи-чтения — ключевой элемент НЖМД. Ее чувствительность и величина магнитного зазора в значительной степени определяют плотность записи накопителя. Ферритовые головки первых НЖМД уступили место тонкопленочным, а затем магниторезистивным (MR) плотность записи до 3 Гбит/дюйм², супермагниторезистивным (GMR) плотность записи до 10 Гбит/дюйм² и туннельным магниторезистивным (TMR) головкам. Пока в большинстве моделей НЖМД используется продольная запись, предполагающая поворот магнитных частиц, ориентация которых представляет единицы и нули битов данных, в плоскости магнитного покрытия. Но этот способ записи уже исчерпал свои возможности повышения плотности. В поисках путей очередного «обмана» сверхпарамагнитного эффекта исследователи обратились к продемонстрированному более 100 лет назад датским ученым Вальдемаром Паульсеном способу перпендикулярной магнитной записи. Технология перпендикулярной записи развивалась с переменным успехом до 1976 г., когда Суничи Ивасаки, директор известного японского Технологического института Тохоку, показал, что такой способ записи обеспечивает заметное увеличение плотности. Чтобы пояснить разницу между продольным и перпендикулярным методами записи, представим магнитные частицы, хранящие биты данных, в виде микроскопических магнитиков. При традиционной продольной записи они располагаются друг за другом вдоль дорожки. Если предположить, что данные состоят из чередующихся единиц и нулей, то магнитики расположатся так, что северный полюс одного окажется возле северного полюса другого. То же можно сказать о южных полюсах. Из-за взаимного отталкивания одноименных полюсов магнитики будут стремиться развернуться. При перпендикулярной записи магнитики, представляющие чередующиеся биты данных, стоят вертикально, и рядом друг с другом оказываются их разноименные полюса, которые, как известно, притягиваются. Такая структура позволяет разместить магнитные частицы гораздо плотнее без потери стабильности.

Для записи данных на диск применяют различные способы кодирования, в первых моделях использовалась частотная модуляция (FM – Frequency Modulation), более эффективна модифицированная частотная модуляция (MFM), при которой синхросигнал вводится только при кодировании смежных нулевых битов, что позволяет удвоить плотность записи. Обе схемы (FM, MFM) являются схемами побитного кодирования, более эффективны схемы группового кодирования (RLL – Run Length Limited кодирование с ограничением длины серий).

Рис. 7.2 Продольный и поперечный метод записи

Традиционный способ записи на магнитную пластину (вверху). При уменьшении размеров единичных ячеек с горизонтальной намагниченностью резко увеличивается вероятность их спонтанного размагничивания. Новый способ, предложенный Fujitsu (внизу). Использование дополнительного подслоя и вертикального намагничивания позволяет достичь в восемь раз большей плотности записи.

Рост плотности записи на пластины жестких дисков неизбежно ведет к уменьшению размеров считывающего элемента головки. При субмикронных размерах считывающих элементов головок современных и перспективных накопителей с перпендикулярной записью платиново-марганцевый сплав, традиционно использовавшийся для их изготовления, уже не обеспечивает должной стабильности поля связанного слоя (pinned layer). Замена платины на иридий и добавление в сплав хрома в сочетании с тончайшим слоем рутения между двумя связанными слоями позволили исследователям компании Hitachi почти вдвое повысить стабильность головки и ее устойчивость к воздействиям окружающей среды.

Головка «летит» над поверхностью вращающейся пластины на расстояниях порядка 10—15 нм. Расстояние от головки до магнитного слоя при этом заметно больше — до 30 нм. Защитный слой из алмазоподобного графита, наносимый на головку и пластины, обладает чрезвычайно высокими прочностью и гладкостью, так что «падение» головки на поверхность пластины в случае, например, непредвиденной остановки двигателя не приводит в современных накопителях к выходу их из строя, как это было в НЖМД первых поколений. Для повышения надежности записи информации на пластины важно обеспечить постоянство зазора между головкой и пластиной. Он стабилизируется с помощью технологии термического управления высотой полета головки чтения-записи над поверхностью пластины, называемой Thermal Fly Height Control (TFC). В головку встраивается микроскопический нагревательный элемент, при пропускании тока через который конфигурация головки немного изменяется («выгибается»), благодаря чему меняется зазор между головкой и пластиной.