Page 131 - Spin Transport and Spintronics
P. 131
5.3 หัวอ่านข้อมูล 133
แบบ GMR และTMR จะใช้วัสดุนอนแมกเนตและวัสดุฉนวนเป็นชั้นสเปสเซอร์ตามลำดับ คุณสมบัติของ
ชั้นสเปสเซอร์ที่ใช้คั่นกลางระหว่างชั้นวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรจะเป็นตัวกำหนดกลไกการเกิดปรากฏการณ์
ค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กและคุณสมบัติการส่งผ่านสปินในโครงสร้างหัวอ่านข้อมูล
หัวอ่านข้อมูลมีวิวัฒนาการเริ่มต้นจากหัวอ่านแบบเหนี่ยวนำ (inductive head) ที่มีขดลวดพัน
ล้อมรอบ จากนั้นได้มีการนำเสนอหัวอ่านข้อมูลที่มีหลักการทำงานโดยอาศัยคุณสมบัติความต้านทาน
เชิงแม่เหล็กของวัสดุ (anisotropic magnetoresistance หรือ AMR) โดยทำการป้อนกระแสไฟฟ้าใน
แนวระนาบของโครงสร้างหัวอ่าน และพบว่าค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กจะมีค่าขึ้นอยู่กับมุมระหว่าง
กระแสที่ป้อนเข้าสู่โครงสร้างหัวอ่านกับทิศทางของแมกนีไทเซชัน โดยหัวอ่านข้อมูล AMR ในยุคแรก จะ
ให้ค่าอัตราส่วน MR ประมาณร้อยละ 2 ซึ่งค่อนข้างต่ำสำหรับการจำแนกบิตข้อมูลในหน่วยความจำเชิง
แม่เหล็ก ต่อมาในปี 1988 คณะวิจัยของ Peter Grunberg และ Albert Fert ได้ค้นพบปรากฏการณ์
ความต้านทานเชิงแม่เหล็กขนาดใหญ่ในโครงสร้างวัสดุหลายชั้น [Fe/Cr] n ซึ่งเกิดค่าอัตราส่วน MR ร้อย
ละ 50 ที่อุณหภูมิ 4.2 เคลวิน การค้นพบนี้นำไปสู่การศึกษาปรากฏการณ์ค่าความต้านทานเชิงแม่
เหล็กในโครงสร้างวัสดุแม่เหล็กหลายชั้นอย่างกว้างขวางเพื่อหาวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรและนอนแมกเนต
ที่เหมาะสมในการประยุกต์ใช้ในโครงสร้างหัวอ่านข้อมูลและทำให้เกิดค่าอัตราส่วน MR ที่สูง และหลัง
จากกลุ่มวิจัยของ S.S.P Parkin ได้ศึกษาการเกิดปรากฎการณ์ความต้านทานเชิงแม่เหล็กขนาดใหญ่ใน
โครงสร้างวัสดุหลายชั้น [Co/Cu] 60 ที่มีค่าอัตราส่วน MR สูงถึงร้อยละ 65 ที่อุณหภูมิห้อง และในปี ค.
ศ. 1996 โครงสร้างสปินวาล์วที่มีการป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ระนาบของโครงสร้างวัสดุหรือ CIP-GMR
ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานกับการออกแบบหัวอ่านข้อมูล จากที่ได้กล่าวมาจะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีหัว
อ่านข้อมูลมีวิวัฒนาการและการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ดังแสดงในตารางที่ 5.1
แม้ว่าหัวอ่านข้อมูลแบบ GMR จะมีข้อดีคือมีค่าความต้านทานเชิงพื่นที่น้อยส่งผลให้มีการใช้
พลังงานที่ต่ำ แต่พบว่าหัวอ่านดังกล่าวมีค่าอัตราส่วน MR ที่น้อย ซึ่งแสดงถึงประสิทธิภาพและความ
สามารถในการจำแนกความแตกต่างของค่าสัญญาณบิต 1 และ 0 ที่ต่ำ และไม่ดีพอสำหรับการประยุกต์
ใช้งานเป็นเซนเซอร์ตรวจจับบิตข้อมูล และจากความต้องการเพิ่มค่าความจุข้อมูลในฮาร์ดดิสก์ไดร์ฟ
โดยการลดขนาดของเกรนแม่เหล็กภายในบิตข้อมูล ทำให้มีความจำเป็นต้องลดขนาดของหัวเขียนและ
หัวอ่านข้อมูลให้สอดคล้องกับขนาดของบิตข้อมูล เพื่อสามารถทำการเขียนและอ่านข้อมูลได้อย่างมี
ประสิทธิภาพ ปัญหาดังกล่าวนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีหัวอ่านข้อมูลแบบ CPP-TMR ซึ่งเป็นหัวอ่าน
ข้อมูลที่ใช้ในปัจจุบัน และมีหลักการทำงานโดยอาศัยปรากฎการณ์การทะลุผ่านของสปิน โดยจะทำการ
ป้อนกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการตรวจจับสัญญาณของบิตข้อมูลในทิศทางตั้งฉากกับระนาบของโครงสร้าง
หัวอ่านข้อมูล ส่งผลทำให้เกิดค่าความต้านทานเชิงแม่เหล็กแบบทะลุผ่าน
