Bez obzira na sva tehnološka unapređenja i tehnička rješenja, induktivne glave nisu mogle osigurati daljnje povećanje kapaciteta tvrdih diskova. Tehnologija koja je udahnula novi život tvrdom disku i osigurala mu značajan porast kapaciteta skriva se pod skraćenicom MR. MR znači magneto-resistance (magneto otpor). Napomenimo odmah da se ova tehnologija primjenjuje samo na glave za čitanje dok je glava za pisanje i dalje induktivna. MR-glave su superiorne induktivnim glavama zbog njihove značajno veće osjetljivosti na magnetsko polje. Ta činjenica je omogućila značajno smanjenje magnetiziranih kao i prijelaznih područja (slika 2-1); drugim riječima, na istu površinu može stati više binarnih informacija. Magneto-otporne glave dovele su do povećanja kapaciteta diskova na nekada nezamislivih 100 Mb po kvadratnom centimetru površine tvrdoga diska (što odgovara gustoći od oko 700 Mbita po kvadratnom inču, što je još uobičajena jedinica kada se govori o gustoći zapisa na tvrdim diskovima).
MR tehnologiju je prvi uveo IBM 1991 godine i na taj način omogućio po prvi put proizvodnju tvrdih diskova kapaciteta većeg od 1 Gb. Već 1995 godine IBM je postavio novi rekord demonstrirajući rad diska s gustoćom zapisa od 460 Mb po cm2. 1996 slijedi novi rekord s 770 Mb/cm2

Što je električni, a što magneto-otpor?

Da bi lakše razumjeli na kojem principu radi magneto otporna glava, prvo se podsjetimo - što je to električni otpor. Slika lijevo pokazuje najjednostavnije strujni krug s jednom baterijom napona V i otpornikom R. Kroz otpor će teći struja I=V/R. Dakle, što je otpor veći to će manja struja teći strujnim krugom. Slika lijevo dolje pokazuje što se dešava u otporniku na atomskom nivou. Elektroni u otporniku (koji ima neku kristalnu strukturu) kreću se u smjeru električnog polja koje je određeno polaritetom baterije u strujnom krugu. Elektroni će se, ubrzani električnim poljem, sudarati s atomima kristalne rešetke, ili preciznije rečeno s vibracijama atomske rešetke, koji predstavljaju najveću zapreku (OTPOR) gibanju elektrona. Upravo ti sudari s atomima u kristalnoj rešetki izvor su najvećeg dijela električnog otpora nekog vodiča. U slučaju da su ti sudari u potpunosti izbjegnuti struja će teći kroz vodič bez otpora (R=0) a to stanje nazivamo supravodljivošću.

S druge strane isto tako je poznato da niz efekata, kao npr. povećanje temperature vodiča, može dovesti do povećanja otpora. 1857 Lord Kelvin je pronašao da se električni otpor nekih feromagnetskih legura povećava u magnetskom polju čiji je smjer okomit na smjer električnog polja. Taj efekt je nazvan anizotropni magneto-otpor (AMR). Ovom skraćenicom neki proizvođači tvrdih diskova označavaju magneto-otporne glave prve generacije da bi ih razlikovali od magneto-otpornih glava druge i treće generacije koji nose oznaku MR ili glava s tehnologijom gigantskog magneto otpora (GMR).

Za razumijevanje međudjelovanja magnetskog polja i elektrona važno je znati da magnetsko polje djeluje samo na elektrone koji se gibaju. I to ne na sve elektrone. Magnetsko polje neće djelovati na one elektrone koji se gibaju u smjeru magnetskog polja. Slika lijevo pokazuje slučaj elektrona koji se giba u smjeru električnog polja i okomito na magnetsko polje. Zbog sile izazvane magnetskim poljem (za one koji znaju malo više matematike recimo da je sila na elektron naboja "e" i brzine "v" izazvana magnetskim poljem "B" proporcionalna vektorskom produktu brzine i polja tj. F(mag.)=ev x B) elektron će dobiti komponentu brzine okomitu i na električno i magnetsko polje što će izazvati njegovo skretanje. To skretanje će efektivno povećati njegov put, a time i broj sudara s atomima u kristalnoj rešetki, tj. povećati električni OTPOR. Kao što vidimo, ako se otpornik kroz koji teče struja "I" nađe u magnetskom polju, njemu će porasti otpor što će rezultirati smanjenju struje. Upravo je to efekt na kojem rade magneto-otporne (MR) glave tvrdih diskova. Prelaskom magnetske glave preko magnetiziranih područja tvrdog diska magneto-otporna glava će prolaziti kroz njihovo magnetsko polje. Promjena magnetskog polja rezultirat će promjenom struje koja se onda pomoću elektronike interpretira kao "0" ili "1".

Magneto-otporni čitači
Magneto-otporna glava nije, dakle, ništa doli otpornik čija je struktura odabrana tako da njen otpor bude što osjetljiviji na magnetsko polje. Obično se koriste NiFe slitine koje pokazuju promjenu otpora od 2 do 3%.
Kazali smo da su se već kod induktivnih glava koristile posebne glave za pisanje od onih za čitanje. Budući da se magneto-otporne glave mogu koristiti samo za čitanje, jasno je da moramo imati i posebnu glavu za pisanje koja i dalje radi na induktivnom principu. Magneto otporni senzor širok je ne više od 0.5 µm i smješten je između induktivne glave i posebnog štitnika koji štiti glavu za čitanje od okolnih magnetskih polja.
Magneto-otporni senzor je više od deset puta osjetljiviji na magnetsko polje nego induktivni čitač. Jasno je da je zbog toga moglo doći do značajnog smanjenja magnetiziranih područja pa time i povećanja kapaciteta magnetskih, tvrdih diskova. Nadalje, podsjetimo se da kod induktivnih glava signal (struja) induciran prelaskom preko magnetskog polja ovisi o brzini kojom glava prelazi preko magnetiziranog područja. To nije slučaj s magneto-otpornim glavama. Njihova osjetljivost ovisi samo o veličini magnetskog polja, a ne njegovoj promjeni što znači da su magneto-otporne glave jednako osjetljive pri bilo kojoj kutnoj brzini diska. Međutim, broj okretaja diska je i dalje važan parametar jer je direktno vezan na brzinu čitanja informacija s diska. Veliki broj okretaja znači i brži pristup informaciji na tvrdom disku. Sretna je okolnost da zbog male induktivnosti magneto-otpornog elementa on može bez problema pratiti promjene magnetskog polja pri velikom broju okretaja, tj. raditi na visokim frekvencijama.

Shematski prikaz induktivne i magneto otporne glave na slici 3.3 ne može nam dati pravi osjećaj njene veličine ali niti strukture. Slika lijevo daje nam realističan odnos veličine glave diska i elemenata za pisanje i čitanje informacija. Gornja sličica pokazuje nosač glave koja je smještena na samom vrhu nosača kvadratnog oblika, koji klizi po površini diska. Induktivni i magneto-otporni element samo su sićušni dio ionako minijaturne glave diska. Ova dva elementa su uvećana prikazana na slici lijevo, dolje. S obzirom na visoki nivo integracije nije lako prepoznati elemente glave pa su zato pojedini elementi označeni brojevima te se usporedbom sa slikom 3.3 može zaključiti o kojem se elementu glave radi.
Sitni element crvene boje, označen brojem 2, je magneto-otporni element koji je širine manje od 0.5 µm, a debljine između 0.03 i 0.05 µm. Ovako male strukture moguće je kreirati jedino tehnologijom tankih slojeva (thin film technology) koja je opisana u prethodnom poglavlju.

Da bi stekli dojam koliko je malen MR element u odnosu na cijeli disk pogledajte interesantnu animaciju na stranicama IBM-a


| Sadržaj | Uvod | Induktivne glave | MR tehnologija | GMR tehnologija | Projekt |