Resumen

A nivel general, para lograr este objetivo de almacenamiento creciente expresado en términos de "densidad del área", o la habilidad de leer y escribir cantidades grandes de datos en áreas cada vez más pequeñas de del la cinta de los discos duros de las computadoras, involucra, la explotación por científicos e ingenieros de las capacidades de varios materiales para el proceso de lectura, manipulando los límites del magnetismo y la miniaturización. Específicamente, el diseño y fabricación de cabezas magnetofónicas avanzadas requiere explotar las capacidades del dispositivo planeado.

Cabezas magnetofónicas basadas en tecnología de MR se han vuelto recientemente la opción de clientes de unidades de disco porque ellos ofrecen mayor sensibilidad que las cabezas inductivas; este aumento de sensibilidad se debe a que los cabezales MR permiten leer pedazos o áreas más pequeños habilitando densidades del almacenamiento más altas.

Abstract

At the most general level, achieving the objective of increasing storage capacity-often expressed in terms of "areal density", or the ability to read and write large quantities of data in ever-smaller areas of thin-film disks in computer hard drives-involves the exploitation by scientists and engineers of the capabilities of various materials, and pushing the boundaries of magnetics and miniaturization. Specifically, the design and manufacture of advanced recording heads requires leading-edge capabilities in device modeling

Recording heads based on MR technology have recently become the choice of disk drive customers because they offer greater sensitivity than inductive heads; increased sensitivity allows the MR heads to read smaller bits, which enables higher storage densities

Introducción.

La tendencia general de todos los dispositivos de almacenamiento masivo de información se dirige, por un lado al incremento continuo de la capacidad y, por otro, a obtener dispositivos más rápidos, más económicos, de menor tamaño y más fiables que los que están disponibles en la actualidad. De hecho, todo dispositivo que pretenda llegar a convertirse en un estándar, deberá tener un precio ajustado, rapidez, versatilidad y una gran capacidad de almacenamiento. Para lograrlo, se están produciendo avances en el estudio de nuevos materiales, tanto para el desarrollo de los medios de soporte como para el desarrollo de los subsistemas de lectura-escritura (que apuntan a sistemas de almacenamiento óptico), en la investigación de nuevas técnicas de deposición de películas más finas (que permitirán la fabricación de medios magnéticos con densidades de grabación mucho mayores).

Los drivers de discos duros magnéticos (HDDs) continúan siendo los primeros en actualizar su tecnología de almacenamiento. El éxito de los HDDs se origina en la creciente demanda de la capacidad de almacenamiento por densidad de área. La densidad de área es el producto de la densidad lineal (trozos de información por la pulgada de huella) multiplicado por la densidad de la huella (huellas por pulgada) y varia con respecto al radio del disco. Las altas densidades de área han sido logradas introduciendo nuevas tecnologías y reduciendo proporcionalmente ciertas dimensiones importantes dentro del HDD. Los avances mas significativos han sido Magneto resistive Head (MR), Extended magneto resistive head (MRx) y Giant magneto resistive (GMR)

Combinación de Cabezales de lectura/escritura.

Consiste de una delgada cinta inductiva en los elementos de lectura y de escritura. El elemento de lectura consiste en un sensor MR o sensor GMR entre dos escudos magnéticos. Los escudos reducen el campo magnético no deseado que se genera en el disco, los sensores MR o GMR solo “ven” el campo magnético del dato grabado a ser leído. En una combinación de cabezales, el segundo escudo magnético también funciona como un polo inductivo para el elemento de escritura. La ventaja de separar los elementos de escritura y de lectura es que ambos elementos pueden perfeccionarse separadamente. Una combinación de cabezales tiene ventajas adicionales, este cabezal es menos caro de producir porque requiere menos pasos del proceso de movimiento en el disco y la distancia entre los elementos de lectura y escritura es menor.

Proceso de Grabado Magnético.

En la figura que se muestra, se observa un cabezal combinado de lectura y escritura encima de un disco que gira.. La cabeza inductiva de escritura graba trozos de información magnetizando diminutas regiones a lo largo de las huellas concéntricas. Durante la lectura, la presencia de una transición magnética o inversión de flujo entre los trozos, causa que la orientación magnética en el MR o sensor de GMR cambie. Esto a su vez, causa que la resistencia de este sensor cambie. El voltaje de salida del sensor o señal es el producto de este cambio de resistencia por la corriente de polarización. Esta señal es amplificada por electrónica de bajo-ruido y se envía a los detectores electrónicos de datos del disco.

Tecnología de los Sensores MR y GMR.

La diferencia funcional mas grande entre los sensores MR y los sensores GMR es la sensibilidad, medida por el cambio del porcentaje en la resistencia. En un sensor MR un cambio de resistencia es provocado por la propiedad intrínseca de la capa sensitiva. Sin embargo, en un sensor GMR, el cambio de resistencia es causado por la naturaleza del quantum de los electrones.

Los sensores MR y GMR están compuestos de múltiples películas delgadas. Ambos sensores poseen una capa que responde a los campos magnéticos externos. En ausencia de un campo magnético externo, esta capa se magnetizara espontáneamente de forma paralela a su eje y paralelo al disco. Al aplicar un campo magnético fijo en la misma dirección se establece un dominio magnético en la capa sensible. Este dominio magnético minimiza el ruido y promueve la lectura consistente del disco. La capa sensible pasa de una magnetización paralela a perpendicular cuando el campo magnético perpendicular es aplicado. Este campo esta compuesto de la variación externa del campo magnético generado por la rotación del disco y campos magnéticos de otras partes del sensor.

Fundamentos del Sensor MR.

En un material de MR típico, ej. una aleación del níquel-hierro, los electrones se mueven libremente (colisiones más frecuentes con átomos) cuando su dirección de movimiento es paralela a la orientación magnética en el material, esto se conoce como "Efecto MR". Cuando los electrones se mueven libremente en un material, la resistencia del material es más alta.

Cuando ningún campo magnético transverso se aplica, la orientación magnética de esta capa sensitiva es paralela al disco y al flujo de electrones; por consiguiente, la resistencia de la capa sensitiva es más alta. Un campo magnético transverso puede cambiar la orientación magnética de la capa sensitiva generando una resistencia mas baja como se muestra en la siguiente figura. Sin embargo, los valores positivos o negativos iguales del campo magnético transverso producirán la misma resistencia de la capa sensitiva. Para evitar esta ambigüedad, siempre se aplica el campo transverso de polarización para siempre mantener el campo magnético transverso positivo o siempre el negativo. IBM ha desarrollado una única, patentada capa suave-adyacente (SAL) estructura que proporciona el campo transverso.

Fundamentos del Sensor GMR.

IBM ha desarrollado sensores de GMR compuestos de cuatro películas delgadas: una capa sensible, un conductor espacial, una capa fija, y una capa de intercambio. Las tres primeras de estas películas son muy delgadas, permitiendo a lo electrones desplazarse frecuentemente de un lado a otro entre las capas sensible y la capa fija dirigiéndose a la capa de conductor especial. La orientación magnética de la capa fija es establecida y mantenida por la capa de intercambio, mientras la orientación magnética de la capa sensitiva cambia en respuesta al campo magnético del disco. Un cambio en la orientación magnética de la capa sensitiva causará un cambio en la resistencia y fijará las capas.

Los sensores de GMR se aprovechan de la naturaleza del quantum de electrones que tienen dos direcciones de giro (el giro-arriba y el giro-abajo). El movimiento libre de electrones con una dirección de giro paralelo al movimiento de la orientación magnético produce una resistencia baja. Recíprocamente, el movimiento electrones con dirección del giro opuesto a la orientación magnética del material es estorbado por colisiones con átomos en el material, produciendo resistencia más alta.

La aplicación de esta naturaleza del quantum de electrones a un sensor de GMR se muestra en la figura. La resistencia más baja ocurre cuando las capas sensitivas y fija se orientan magnéticamente en la misma dirección, ya que los electrones con dirección del giro paralelo a este movimiento de la orientación magnético se mueven libremente en ambas películas. La resistencia más alta ocurre cuando las orientaciones magnéticas de las capas sensitiva y fija se oponen, porque el movimiento de giro de los electrones es estorbado por una de estas capas magnéticas y el movimiento de giro-debajo de los electrones es estorbado por la otra capa. La resistencia de la capa sensitiva también es cambiada por el efecto de MR, sin embargo el efecto de GMR es dominante. Figure 9 ilustra la respuesta del sensor de GMR a un campo magnético transverso variante.

Para comprender la sensibilidad de un sensor de GMR, las variaciones del campo magnético transverso deben utilizar la porción lineal de la curva de respuesta del sensor de GMR, como es mostrado en la figura que se presenta a continuación. Esto se logra cambiando la cuesta de esta curva de respuesta o ajustando la amplitud del campo magnético transverso. La cuesta de esta curva de respuesta puede ser cambiada, cambiando el espesor de la capa sensible y la amplitud del campo transverso puede ser cambiado reduciendo el campo magnético del disco. (El mismo aplica a los sensores de MR.)

Conclusión

Los cabezales de GMR están empezando a ser usadas en productos de HDD, porque se necesitan cabezales más sensibles capaces de mantener señales de lectura con alta calidad, con densidades del áreas que permitan incrementar la tasa de datos manejada. La tecnología de GMR es un paso evolutivo de los cabezales MR de hoy en día y esta tecnología aprovechara el diseño, producción, y experiencia de pruebas asociadas con los cabezales de MR. Se esperan cabezales de GMR que permitan densidades del área más allá de 10 Gbits/in2; sin embargo, cuando las densidades del área continúen creciendo, pueden requerirse estructuras más avanzadas que GMR.

Los desafíos industriales continuarán involucrando el manejo de dimensiones críticas, espesor de la película y composición de la misma. Los avances continuados en tecnología de cabezales son esenciales para mantener crecimiento de la densidad de área durante la próxima década, y GMR ha mostrado tener la habilidad de reunir requisitos para satisfacer las densidades de áreas futuras. De verdad, la era de los cabezales de GMR para el almacenamiento magnético ha comenzado.

Referencias

http://www.wdc.com/products/drivers/

http://www.andataco.com/

http://ssdweb01.storage.ibm.com/hardsotf/diskdrdl/technolo/gmr/gmr.htm

http://ssdweb01.storage.ibm.com/hardsotf/oem/mrheads/mainmrhead.htm

Biografía

Alexis A. Velazco L. Ingeniero de Sistemas. Graduado en la UNEXPO “Antonio José de Sucre”. Vice-Rectorado “Luis Caballero Mejías, Caracas en 1998. Consultor Técnico de “Mene Computación y Sistemas”