Un cabezal de lectura y escritura de disco es la pequeña parte de una unidad de disco que se mueve sobre el plato del disco y transforma el campo magnético del plato en corriente eléctrica (lee el disco) o, viceversa, transforma la corriente eléctrica en campo magnético (escribe el disco). [1] Los cabezales han sufrido una serie de cambios a lo largo de los años.
En un disco duro, los cabezales vuelan por encima de la superficie del disco con una distancia libre de tan solo 3 nanómetros . La altura de vuelo ha ido disminuyendo con cada nueva generación de tecnología para permitir una mayor densidad de área . La altura de vuelo del cabezal está controlada por el diseño de un cojinete de aire grabado en la superficie del deslizador que mira hacia el disco . La función del cojinete de aire es mantener la altura de vuelo constante a medida que el cabezal se mueve sobre la superficie del disco. Los cojinetes de aire están cuidadosamente diseñados para mantener la misma altura en todo el plato, a pesar de las diferentes velocidades según la distancia del cabezal desde el centro del plato. [2] Si el cabezal golpea la superficie del disco, puede producirse un choque catastrófico del cabezal . Los cabezales suelen tener un revestimiento de carbono similar al diamante . [3]
Los cabezales inductivos utilizan el mismo elemento tanto para leer como para escribir.
Los cabezales en sí mismos comenzaron siendo similares a los cabezales de las grabadoras de cinta : dispositivos simples hechos de una pequeña pieza en forma de C de material altamente magnetizable, como permalloy o ferrita, envuelta en una bobina de alambre fino. Al escribir, la bobina se energiza, se forma un fuerte campo magnético en el espacio de la C y la superficie de grabación adyacente al espacio se magnetiza. Al leer, el material magnetizado gira más allá de los cabezales, el núcleo de ferrita concentra el campo y se genera una corriente en la bobina. En el espacio, el campo es muy fuerte y bastante estrecho. Ese espacio es aproximadamente igual al grosor del medio magnético en la superficie de grabación. El espacio determina el tamaño mínimo de un área grabada en el disco. Los cabezales de ferrita son grandes y escriben características bastante grandes. También deben volarse bastante lejos de la superficie, por lo que requieren campos más fuertes y cabezales más grandes. [4]
Los cabezales MIG (metal-in-gap ) son cabezales de ferrita con una pequeña pieza de metal en el espacio entre cabezales que concentra el campo. Esto permite leer y escribir características más pequeñas. Los cabezales MIG fueron reemplazados por cabezales de película delgada.
La tecnología de película delgada, que se introdujo por primera vez en 1979 en la unidad de disco IBM 3370 , utiliza técnicas fotolitográficas similares a las que se utilizan en los dispositivos semiconductores para fabricar cabezales de disco duro. En ese momento, estos cabezales tenían un tamaño menor y una mayor precisión que los cabezales basados en ferrita que se utilizaban entonces; eran electrónicamente similares a ellos y utilizaban la misma física. Se construyeron capas delgadas de materiales magnéticos (Ni-Fe), aislantes y de cableado de bobina de cobre sobre sustratos cerámicos que luego se separaron físicamente en cabezales de lectura/escritura individuales integrados con su cojinete de aire, lo que redujo significativamente el costo de fabricación por unidad. [5] Los cabezales de película delgada eran mucho más pequeños que los cabezales MIG y, por lo tanto, permitían utilizar características grabadas más pequeñas. Los cabezales de película delgada permitieron que las unidades de 3,5 pulgadas alcanzaran capacidades de almacenamiento de 4 GB en 1995. La geometría del espacio entre cabezales era un compromiso entre lo que funcionaba mejor para la lectura y lo que funcionaba mejor para la escritura. [4]
La siguiente mejora en el diseño de cabezales fue separar el elemento de escritura del elemento de lectura, lo que permitió la optimización de un elemento de película delgada para escribir y un elemento de cabezal de película delgada separado para leer. El elemento de lectura separado utiliza el efecto magnetorresistivo (MR) que cambia la resistencia de un material en presencia de un campo magnético. Estos cabezales MR pueden leer características magnéticas muy pequeñas de manera confiable, pero no se pueden usar para crear el campo fuerte que se usa para escribir. El término AMR (Anisotropic MR) se usa para distinguirlo de la mejora introducida posteriormente en la tecnología MR llamada GMR ( giant magnetorresistance ) y TMR (tunneling magnetorresistance).
La transición a medios de grabación magnética perpendicular ( PMR ) tiene implicaciones importantes para el proceso de escritura y el elemento de escritura de la estructura del cabezal, pero menos para el sensor de lectura MR de la estructura del cabezal. [6]
La introducción del cabezal AMR en 1990 por IBM [7] condujo a un período de rápidos aumentos de la densidad del área de aproximadamente el 100% por año.
En 1997, los cabezales magnetorresistivos gigantes GMR comenzaron a reemplazar a los cabezales AMR. [7]
Desde la década de 1990 se han realizado numerosos estudios sobre los efectos de la magnetorresistencia colosal (CMR), que puede permitir aumentos aún mayores de la densidad, pero hasta ahora no ha dado lugar a aplicaciones prácticas porque requiere bajas temperaturas y equipos de gran tamaño. [8] [9]
En 2004, Seagate [7] introdujo las primeras unidades que utilizaban cabezales de tunelización MR ( TMR ), lo que permitió la creación de unidades de 400 GB con 3 platos de disco. Seagate introdujo cabezales TMR con bobinas de calentamiento microscópicas integradas para controlar la forma de la región del transductor del cabezal durante el funcionamiento. El calentador se puede activar antes del inicio de una operación de escritura para garantizar la proximidad del polo de escritura al disco y al medio. Esto mejora las transiciones magnéticas escritas al garantizar que el campo de escritura del cabezal sature por completo el medio del disco magnético. El mismo enfoque de activación térmica se puede utilizar para disminuir temporalmente la separación entre el medio del disco y el sensor de lectura durante el proceso de lectura inversa, mejorando así la intensidad y la resolución de la señal. A mediados de 2006, otros fabricantes comenzaron a utilizar enfoques similares en sus productos.
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