Full 3D Self-Consistent FEMM 모델링을 이용한 헤드/미디어의 기록특성 개선 연구

Abstract

현재 고밀도화를 위해 개발되고 있는 수직자기기록 (PMR) 방식의 경우에는 현재 사용 중인 수평자기기록 (LMR) 방식에 비해 헤드의 기록 자계가 상당히 넓은 영역에 영향을 주게 되므로, 이러한 문제들이 더 중요하게 다루어 져야 한다. 따라서 이러한 요구에 부합하는 기록특성을 향상하는 설계를 수행하기 위해 기록헤드뿐 아니라 미디어의 Soft Magnetic Underlayer(SUL)를 통합하여 최적화하는 설계가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 기록특성 향상을 위해 각 부품이 갖추어야할 기능을 분석 정의하고, 각각의 개별적인 설계가 가능한 부분과 헤드/미디어 통합모델이 필요한 설계기법에 대하여 측정을 통하여 타당성을 입증하였다. 그리고 헤드 단독의 설계모델과 SUL의 자기회로에 적용하는 FEM과 헤드/미디어 통합 설계모델에 적용하는 완전한 3차원 Self-Consistent Micromagnetic 모델링 기법의 도입하였다. FEM을 적용모델에서는 기록자계의 세기 및 구배, 기록자계와 귀환자계의 비율을 평가지표화하여 반응표면법을 적용하여 최적설계를 수행하였고 실험을 통해 그 타당성을 입증하고 37.5% 기록특성이 개선된 기록헤드를 제안할 수 있었다. SUL의 두께 최적화에 대하여도 FEM 모델의 적용하여 최적화 하였으며, 실험을 통해 설계가 타당함을 입증하였고, SUL의 두께를 줄임으로서 제작성이 뛰어난 미디어가 가능하도록 하였다. SUL의 두께만을 최적화 하여 트랙폭의 경우는 10% 이상, 반가폭의 경우는 5% 이상 줄여 기록밀도를 15%이상 높일 수 있음을 입증하였다. 마지막으로 교환결합력을 높이는 구조를 FEMM 모델을 이용하여 설계할 수 있고, 교환결합력을 높이는 것이 통상적인 상식과 달리 기록자계가 약해진다고 해도 반가폭이 늘어나지 않으면서, 트랙폭을 줄여 고밀도 HDD에 대응하는 특성을 나타낼 수 있음을 제시하였고, SUL의 교환결합을 강화시킨 미디어를 제작하여 본 논문의 타당함을 입증하였으며, Hk를 1000 Oe 이상으로 제작할 경우 SNR의 경우는 최대 10% 이상을 높이고 트랙폭은 15% 가량 줄여서 고밀도 HDD에 대응하는 미디어를 설계할 수 있음을 실험적으로 검증하였다. 이상의 결과로 최대 선기록밀도가 1400 kbit/in 이상이고 기록밀도는 300 Gb/in2에 대응하는 헤드/미디어를 제작 가능한 최적 헤드 구조와 미디어 SUL의 최적 층 구조를 도출하였다.; Nowadays the PMR Method is under development for high recording density HDDs. Unlike using the LMR method which we have been using these days, using the PMR method gives us a problem that the recording magnetic field of a head has a bad influence widely circumference. Therefore we have to deal with this problem importantly. For performance to design the system which relates with the desired condition, it is necessary to optimize the system synthesizes the recording head together with soft magnetic underlayers(SUL) of the media. In this thesis, the functions of every part for improvement in the recording characteristic are analyzed and defined. Moreover, it demonstrates he adequacy about the design techniques, which is necessary between parts possible to design separately and unified head & media design model, through measurement. This thesis gives an account of singleness head design model, finite element method of SUL magnetic circuit and full 3D self-consistent micromagnetic modeling method which is applied unified head & media design model. In case of the model which is applied FEM, this thesis performs an optimized design with estimated index an intensity and a slope of the recording magnetic field. And it demonstrates the adequacy through experiments. The improved recording characteristic so 37.5% as is able to obtain from a proposed recording head. Besides, the Thickness optimization of SUL is performed by the FEM model, and the adequacy of that design is proved from experiments. A media can be made easily by means of decreasing thickness of the SUL. This thesis demonstrates increase the recording density through decreasing more than 5% of pulse width 50 (PW50) value and 10% of track width as only thickness optimization of SUL. Lastly the structure for increasing exchange-coupled force can be designed by using FEMM model. Unlike common sense, the characteristic, which corresponds a high density HDD, is proposed by the good result as reducing track width, in spite of no increase of PW50 value. The adequacy of This thesis is demonstrated by making the media which is intensified exchange-coupled SUL. When we make 'H_(k)' more than '1000 Oe', by raising SNR to 10% and reducing track width to 15%, media for the high density HDD is able to be designed. These procedure was verified by experiments. By result of this procedure, the optimal head structure and media SUL optimal layer structure are drawn for making the head & media which corresponds the maximum liner density is more than 1400 kbit/in and the areal density is more than 300 Gb/in?? .