Comptes Rendus
no. 9
Magnetic recording read head sensor technology
[La technologie des capteurs pour têtes de lecture magnétiques]
Jeffrey R. Childress1  ; Robert E. Fontana1
1 Hitachi Global Storage Technologies, San Jose Research Center, 650 Harry Road, San Jose, CA 95120, USA
Comptes Rendus. Physique, Volume 6 (2005) no. 9, pp. 997-1012.

Depuis l'invention du disque dur en 1956, la technologie des capteurs pour têtes de lecture magnétiques n'a cessé d'évoluer. Les capteurs actuels diffèrent profondément de ceux qui étaient utilisés dans ces premières têtes ; ils peuvent détecter et transmettre l'information de données enregistrées avec des densités supérieures à 200 Gbits/pouce carré, et ceci à des taux approchant 1 GHz. Ces progrès technologiques remarquables ont été alimentés par de nombreuses avancées en nanomagnétisme, en magnéto-électronique et en process des dispositifs. Nous présentons un panorama de la science et de la technologie des capteurs pour têtes de lecture. Nous décrivons tout d'abord les conditions que doivent remplir les têtes en termes de dimensions, de géométrie et de magnétisme, puis l'état de l'art en matière de capteurs de lecture à magnétorésistance géante. Nous discutons ensuite les caractéristiques et les avantages potentiels de la prochaine génération de capteurs de lecture, en particulier les capteurs à magnétorésistance tunnel et à magnétorésistance géante fonctionnant avec courant normal au plan. Nous soulignons l'interdépendance entre propriétés des capteurs, contraintes dimensionnelles, limitations des process et performances des têtes.

Since the invention of the hard-disk drive in 1956, the technology of the magnetic head sensor has never ceased to evolve. Today's sensors are drastically different from those used in these early heads; they can detect and transmit information from recorded data at densities greater than 200 Gbit/in2 and data rates approaching 1 GHz. Numerous advances in nanomagnetics, magnetic ultrathin films, magneto-electronics, as well as device processing, have fueled the remarkable progress of this technology. An overview of the science and technology behind magnetic read head sensors is presented. The dimensional, geometrical and magnetic requirements for the heads are first described, followed by a description of the state of the art giant-magnetoresistive read sensors. We then discuss characteristics and potential advantages of next-generation read sensors, including current-perpendicular-to-plane tunnel-magnetoresistance and giant magnetoresistive sensors. The interplay between sensor properties, size requirements, process limitations and head performance is emphasized.

Publié le :
DOI : 10.1016/j.crhy.2005.11.001
Keywords: Magnetic head sensor, Magnetoresistive read sensor
Mot clés : Capteurs pour têtes de lecture magnétiques, Capteurs de lecture à magnétorésistance
Jeffrey R. Childress 1 ; Robert E. Fontana 1

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Jeffrey R. Childress; Robert E. Fontana. Magnetic recording read head sensor technology. Comptes Rendus. Physique, Volume 6 (2005) no. 9, pp. 997-1012. doi : 10.1016/j.crhy.2005.11.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2005.11.001/

[1] B.A. Gurney; M. Carey; C. Tsang; M. Williams; S.S.P. Parkin; R.E. Fontana; E. Grochowski; M. Pinarbasi; T. Lin; D. Mauri Ultrathin Magnetic Structures IV: Applications of Nanomagnetism (B. Heinrich; J.A.C. Bland, eds.), Springer-Verlag, Berlin/New York, 2005, pp. 149-174

[2] C.H. Tsang; R.E. Fontana; T. Lin; D.E. Heim; B.A. Gurney; M.L. Williams IBM, J. Res. Development, Volume 42 (1998), pp. 103-116

[3] T.D. Howell; P.A. McEwen; A. Patapoutian J. Appl. Phys., 87 (2000), pp. 5371-5376

[4] R.E. Fontana; J. Katine; M. Rooks; R. Viswanathan; J. Lille; S. MacDonald; E. Kratschner; S. Nguyen; N. Robertson; P. Kasiraj IEEE Trans. Magn., 38 (2002) no. 1, p. 95

[5] C.H. Bajorek; S. Krongelb; L.T. Romankiw; D.A. Thompson 20th Annual AIP Conf. Proc., American Institute of Physics, 1974, p. 24

[6] M.T. Krounbi, W.J. Van Gestel, P.-K.Wang, U.S. patents #5,005,096 and #5,018,037 (1991)

[7] J.C. Mallinson Horizontal Biasing Techniques, Academic Press, San Diego, 1996 (Chapter 6)

[8] A. Tsoukatos; S. Gupta; D. Marx J. Appl. Phys., 79 (1996), p. 5018

[9] D.E. Heim; R.E. Fontana; C.H. Tsang; V. Speriosu; B.A. Gurney; M.L. Williams IEEE Trans. Magn., 30 (1994), pp. 316-321

[10] R.E. Fontana, B. Gurney, T. Lin, V. Speriosu, C. Tsang, D. Wilhoit, U.S. patent #5,701,223

[11] W.Y. Lee, T. Lin, D. Mauri, R.W. Wilson, U.S. patent # 6,141,191 (2000)

[12] M. Pinarbasi; S. Metin; H. Gill; M. Parker; B. Gurney; M. Carey; C. Tsang J. Appl. Phys., 87 (2000), p. 5714

[13] M. Saito; N. Hasegawa; F. Koike; H. Seki; T. Kunyama et al. J. Appl. Phys., 85 (1999), p. 4928

[14] H. Yoda; H. Iwasaki; T. Kobayashi; A. Tsutai; M. Sahashi IEEE Trans. Magn., 32 (1996), p. 3363

[15] K.R. Coffey, B. Gurney, D. Heim, H. Lefakis, D. Mauri, V. Speriosu, D. Wilhoit, U.S. patent #5,583,725 (1996)

[16] S. Sant; M. Mao; J. Kools; K. Koi; H. Iwasaki; M. Sahashi J. Appl. Phys., 89 (2001), pp. 6931-6933

[17] W. Kula, A. Zeltser, U.S. patent #6,700,754 (2004)

[18] A. Zeltser, Private communication (2005)

[19] T. Lin; D. Mauri Appl. Phys. Lett., 78 (2001), pp. 2181-2183

[20] R.E. Fontana; S. MacDonald; C. Tsang; T. Lin et al. IEEE Trans. Magn., 32 (1996) no. 5, p. 3440

[21] J.S. Moodera; L.R. Kinder; T.M. Wong; R. Meservey Phys. Rev. Lett., 74 (1995), p. 3273

[22] K.B. Klaasen; X.Z. Xing; J.C.L. van Peppen IEEE Trans. Magn., 40 (2004), pp. 195-202

[23] K. Ohashi; K. Hayashi; K. Nagahara; K. Ishihara; E. Fukami; J. Fujikata; S. Mori; M. Nakada; T. Mitsuzuka; K. Matsuda; H. Mori; A. Kamijo; H. Tsuge IEEE Trans. Magn., 36 (2000), p. 2549

[24] S. Mao, F. Liu, B. Xu, H. Xi, P. Lu, J. Shen, X. Chen, C. Chang, B. Miller, M. Patwari, B. Pant, J. Loven, J. Gadbois, B. Cross, J. Ding, P. Ryan, in: 2005 TMRC Conference, Palo Alto, paper A2; IEEE Trans. Magn., submitted for publication

[25] W.F. Brinkmann; R.C. Dynes; J.M. Rowell J. Appl. Phys., 41 (1970), p. 1915

[26] J.R. Childress; M.M. Schwickert; R.E. Fontana; M.K. Ho; P.M. Rice; B.A. Gurney; J. Fujikata; T. Ishi; S. Mori; K. Matsuda; K. Mori; H. Yokota; K. Hayashi; M. Nakada; A. Kamijo; K. Ohashi; W. Jianguo; P. Freitas; E. Snoeck; X. Batlle; J. Cuadra IEEE Trans. Magn., 89 (2001), p. 7353

[27] W.H. Butler; X.-G. Zhang; T. Schulthess Phys. Rev. B, 63 (2001), p. 054416

[28] S. Yuasa; A. Fukushima; T. Nagahama; K. Ando; Y. Suzuki; S.S.P. Parkin; C. Kaiser; A. Panchula; P. Rice; B. Hughes; M. Samant; S. Yang Nature Mater., 43 (2004), p. L588

[29] K. Tsunekawa; D. Djayaprawira; M. Nagai; H. Maehara; S. Yamagata; N. Watanabe Appl. Phys. Lett., 87 (2005) no. 1 (art. no. 072503)

[30] W. Pratt; S. Steenwyk; S. Hsu; W. Chiang; A. Schaefer; R. Loloee; J. Bass IEEE Trans. Magn., 33 (1997), pp. 3505-3510

[31] M. Takagishi; K. Koi; M. Yoshikawa; T. Funayama; H. Iwasaki; M. Sahashi; M. Takagishi IEEE Trans. Magn., 38 (2002), p. 2277

[32] H. Yuasa; M. Yoshikawa; Y. Kamiguchi; K. Koi; H. Iwasaki; M. Takagishi; M. Sahashi J. Appl. Phys., 92 (2002), p. 2646

[33] M. Saito; N. Hasegawa; Y. Ide; T. Yamashita; Y. Hayakawa; Y. Nishiyama; M. Ishizone; S. Yanagi; K. Honda; N. Ishibashi; D. Aoki; H. Kawanami; K. Nishimura; J. Takahashi; A. Takahashi Digests of Intermag 2005 Conference, IEEE, Nagoya, 2005 (paper FB-02)

[34] H. Oshima; K. Nagasaka; Y. Seyama; A. Jogo; Y. Shimizu; A. Tanaka; Y. Miura IEEE Trans. Magn., 39 (2003), p. 2377

[35] J.R. Childress; M. Ho; R. Fontana; M. Carey; P. Rice; B. Gurney; C. Tsang IEEE Trans. Magn., 38 (2002), p. 2286

[36] M.K. Ho; C. Tsang; J. Childress; R. Fontana; J. Jatine; K. Carey IEEE Trans. Magn., 40 (2004), p. 189

[37] K. Ishihara; M. Nakada; E. Fukami; K. Nagahara; H. Honjo; K. Ohashi IEEE Trans. Magn., 37 (2001), p. 1687

[38] N. Smith, J.A. Katine, J.R. Childress, M.J. Carey, in: Intermag Conference 2005, Nagoya, paper FB-04; IEEE Trans. Magn. (2005), in press

[39] J.R. Childress, M.J. Carey, S.I. Kiselev, J.A. Katine, S. Maat, N. Smith, in: 2005 MMM Conference, San Jose, paper HB-05; J. Appl. Phys. (2006), in press

[40] N. Smith; P. Arnett IEEE Trans. Magn., 38 (2002), p. 32

[41] H.N. Bertram; M. Williams IEEE Trans. Magn., 36 (2000), pp. 4-9

[42] J.J.M. Ruigrok; R. Coehoorn; S. Cumpson; H. Kesteren J. Appl. Phys., 87 (2000), p. 5398

[43] D. Weller; A. Moser IEEE Trans. Magn., 35 (1999), p. 4423

[44] C. Tsang; S. MacDonald; G. Samadi; J. Katine; M. Cyrille; A. Driskill-Smith; M. Ho; J. Moore; W. Weresin; P. Arnett; E. Marinero; D. Druist; M. Pinarbasi; A. Polcyn; K. Takano; Y. Ikeda; H. Do; M. Best; A. Moser IEEE Trans. Magn., 40 (2004), pp. 295-300

[45] D.J. Monsma; J.C. Lodder; T.J.A. Popma; B. Dieny Phys. Rev. Lett., 74 (1995), pp. 5260-5263

[46] S. van Dijken; X. Jiang; S.S.P. Parkin Appl. Phys. Lett., 80 (2002), pp. 3364-3366

[47] S.A. Solin; D.R. Hines; A.C.H. Rowe; J.S. Tsai; Yu.A. Pashkin; S.J. Chung; N. Goel; M.B. Santos Appl. Phys. Lett., 80 (2002), p. 4012

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