Có nhiều loại đầu từ được sử dụng trong các ổ đĩa cứng trong nhiều năm nay:

+ Ferrite

+ Metal – In – Gap (MIG)

+ Thin – Film (TF)

+ Magneto –resistive (GMR)

+ Perpendicular magnetic recording (PMR)

Vào cuối năm 2005, các ổ đĩa cứng theo thiết kế PMR được sử dụng trong các thiết bị như các máy nghe nhạc cầm tay và các PC laptop. Các ổ đĩa cứng của các máy PC để bàn dựa trên công nghệ này vào mùa năm 2006. PMR sẽ được đề cặp kỹ hơn vào phần cuối của chương này.

Các đầu từ Ferrite, loại truyền thống của thiết kế đầu từ, được phát triển từ ổ đĩa Winchester IBM 30 – 30 đầu tiên. Những đầu từ này có một lõi oxit sắt bao phủ bởi các cuộn dây điện từ. Ổ đĩa tạo ra như một từ trường bằng cách truyền năng lượng vào các cuộn dây này hoặc đưa một từ trường đến gần chúng. Điều này cho các đầu từ có đầy đủ chức năng đọc/ghi. Các đầu từ Ferrite thì lớn và nặng hơn các đầu từ phim mỏng và do đó đòi hỏi một chiều cao nổi lớn hơn để ngăn ngừa chạm vào đĩa trong khi đĩa quay.

Các nhà sản xuất đã làm rất nhiều cải tiến cho các thiết kế đầu từ ferrite đầu tiên (làm bằng đá nguyên khối). Một loại của đầu từ Ferrite, gọi là một đầu từ ferrite tổng hợp (composite ferrite head), có một lõi ferrite nhỏ hơn kết ghép với khiếng trong vỏ bọc bằng gốm. Thiết kế này cho phép khoảng cách đầu từ nhỏ hơn, mật độ rãnh ghi cao hơn. Các đầu này ít ảnh hưởng để khuếch tán các từ trường hơn những đầu thiết kế bằng đá khối nguyên thủy cũ hơn.

Trong thập kỷ 1980, các đầu từ ferrite tổng hợp phổ biến trong nhiều ổ đĩa cấp thấp, như Seagate ST-225. Khi nhu cầu mật độ tăng, những thiết kế đầu từ cạnh tranh giữa MIG và phim mỏng được sử dụng thay thế các đầu từ ferrite hầu như đã lỗi thời ngày nay. Đầu từ ferrite không thể ghi trên đĩa, có độ kháng từ cao hơn cần cho những thiết kế đĩa mật độ cao và có tần số thấp đi với độ ổn cao. Lợi thế lớn nhất của các đầu từ ferrite là loại rẻ nhất có sẵn.

Đầu từ MIG (Metal – In – Gap) là một phiên bản nâng cấp đặc biệt của thiết kế ferrite tổng hợp. Trong đầu từ MIG, một chất kim loại được bôi vào kẻ hở ghi của đầu từ. Hai phiên bản của đầu từ MIG có sẵn: một mặt (single-sided) và hai mặt (double sided). Đầu từ MIG một mặt được thiết kế với một lớp hợp kim từ tính đặt dọc theo cạnh đuôi của kẻ hở. Thiết kế MIG hai amwtj đặt lớp đó ở cả hai mặt bên của kẻ hở. Hợp kim này được ứng dụng thông qua một quy trình lắng đọng chân không gọi làn phun (sputering).

Hợp kim từ có khả năng từ hóa gấp hai lần ferrite thô và cho phép đầu ghi vào đĩa phím mỏng độ kháng từ cao hơn ở các mật động cao hơn. Các đầu MIG cũng sản xuất một gradient nhạy bén hơn trong từ trường cho một xung từ được xác định rõ hơn. Các đầu từ MIG hai mặt thậm chí cung cấp khả năng kháng từ cao hơn những thiết kế một mặt.

Bởi vì những đầu từ này tăng các khả năng thông qua các thiết kế nâng cấp được cải tiến, các đầu từ MIG đã từng là thiết kế phổ biến nhất trong một thời gian và được sử dụng trong nhiều ổ đĩa cứng những năm cuối thập kỷ 1980 và những năm đầu thập kỷ 1990, cũng như trong hầu hết các LS-120 (SuperDisk) gần đây.

Các đầu từ phim mỏng được sản xuất cùng một cách như cách sản xuất chip bóng bán dẫn thông qua quy trình in ảnh litho. Quy trình này tạo ra hàng ngàn đầu tư trên một đệm vi mạch một chiều và cho ra một sản phẩm rất nhỏ chất lượng cao.

Các đầu từ TF có một kẻ hở đầu tư cực kỳ hẹp và bị hạn chế, được tạo ra bởi sự phun một nguyên liệu nhôm cứng. Bởi vì nguyên liệu này hoàn toàn bao quanh kẻ hở, vùng này rất được bảo vệ, giảm thiểu tối đa khả năng hư hại từ việc và chạm khi quay đĩa. Lõi là sự kết hợp của hợp kim sắt và kền có năng lượng từ cao hơn hai hay bốn lần một lõi đầu ferrite.

Đầu TF cho ra một xung từ rõ rệt cho phép ghi ở các mật độ cực kỳ cao. Bởi vì không có một cuộn dây quy ước, đầu từ TF càng miễn nhiễm đối với các mức độ thay đổi trong trở kháng cuộn dây. Các đầu nhỏ và nhẹ này có thể nổi tại chiều cao thấp hơn nhiều so với các đầu từ ferrite và MIG: trong một số thiết kế, chiều cao nổi là 2 micro-inche hay nhỏ hơn. Do chiều cao bị giảm bớt, các đầu từ nhận và truyền đi tín hiệu mạnh hơn nhiều từ các platter, tỷ lệ tín hiệu – nhiễu (signal – to noise Ratio) tăng lên và nâng cao độ chính xác. Với mật độ rãnh và tuyến tính cao của một số ổ đĩa, một đầu ferrite tiêu chuẩn sẽ không khả năng lọc ra tín hiệu dữ liệu từ tạp âm. Lợi thế khác của các đầu từ TF là kích cỡ nhỏ của chúng cho phép các platter được xếp gần nhau hơn, cho phép nhiều platter vừa khít vào cùng khoảng cách. 

Rất nhiều ổ đĩa trong khoảng 100MB tới 2Gb sử dụng các đầu từ TF, đặc biệt là những hệ số dạng nhỏ hơ. Các đầu từ TF thay thế các đầu từ MIG thành thiết kế đầu từ phổ biến nhất, nhưng chúng hiện giờ bị thay thế bởi các đầu trở từ (magneto-resistive) mới hơn.

Các đầu trở từ, đôi khi cũng được gọi là các đầu AMR (Anisotropic magneto-resistant), có khả năng tăng mật độ lên gấp bốn lần hay lớn hơn so với các đầu từ chỉ cảm ứng trước đó. IBM giới thiệu ổ đĩa thương mại đầu tiên với các đầu từ MR năm 1991, trong mô hình 1GB 3 1/2” và các nhà sản xuất nhanh chóng bắt chước.

Tất cả các đầu từ là máy dò tìm; đó là, chúng được thiết kế để tìm kiếm các chuyển đổi thông lượng trong đĩa và biến đổi chúng ngược về các tín hiệu điện mà có thể được biên dịch như là dữ liệu. Một vấn đề cho ghi từ là mong muốn gia tăng chưa từng có về mật độ, đang đưa vào ngày càng nhiều thông (các chuyển đổi thông lượng) trong khoảng cách ngày càng nhỏ. Khi các miền từ trên một đĩa càng nhỏ, tín hiệu từ các đầu từ trong suốt quá trình đọc trở nên yếu hơn: phân biệt tín hiệu thật từ tiếng ồn ngẫu nhiên hay từ trường lạc ngày càng khó. Đầu từ đọc càng hiệu quả, chính là cách hiệu quả hơn trong dò tìm những chuyển đổi này trên đĩa, do đó là cần thiết.

Hiệu ứng từ khác cũng nhiều người biết đến hiện nay được sử dụng trong các ổ đĩa hiện đại. Khi một dây dẫn kim loại đi qua một từ trường, không chỉ đây đó tạo ra một dòng điện nhỏ, mà điện trở của dây cũng thay đổi. Các đầu từ chuẩn sử dụng đầu từ như một máy phát điện bé xíu, dựa trên thực tế là các đầu từ sẽ tạo ra một dòng kiểu xung khi đi qua các chuyển đổi thông lượng.

Hơn là sử dụng đầu từ để tạo ra các dòng điện nhỏ, kế tiếp phải được lọc, khuếch tán và giải mã, đầu trở từ sử dụng đầu như một cái điện trở. Một mạch điện chuyển một điện áp qua đầu từ và chờ cho điện áp này thay đổi, sẽ xảy khi điện trở của đầu thay đổi khi đi qua sự đảo chiều thông lượng trên đĩa. Cơ cấu này cho đầu từ có kết quả tín hiệu trên đĩa mạnh hơn và rõ ràng hơn và cho phép mật độ được tăng lên.

Các đầu từ MR dựa trên thực tế là điện trở của một đây dẫn thay đổi nhỏ khi một từ trường bên ngoài tồn tại. Hơn là sản xuất ra một điện áp bằng cách đi qua cơ cấu đảo chiều thông lượng từ trường – như một đầu từ thông thường sẽ thực hiện – đầu từ MR cảm nhận này đo lường sự thay đổi điện trở. Thiết kế này cung cấp một sản lượng mạnh gấp 3 lần hoặc nhiều hơn một đầu từ TG trong suốt quá trình đọc. Trong thực tế, đầu từ MR là đầu từ năng suất đọc, hoạt động giống như cái cảm biến hơn là máy phát điện.

Các đầu từ MR thì khá mắc và phức tạp để sản xuất hơn là các đầu từ phim mỏng cũ bởi vì sự thêm vào những thành phần và các bước sản xuất được đòi hỏi:

+ Các dây thêm vào phải chạy vào và ra đầu từ để mang dòng cảm ứng

+ Thêm vào từ bốn đến sáu bước lọc được đòi hỏi

+ Bởi vì các đầu từ MR thì rất nhạy cảm, chúng rất dễ bị ảnh huongr bởi các từ trường lạc và đòi hỏi thêm tấm chắn

Do nguyên tắc MR chỉ có thể đọc dữ liệu và không được sử dụng cho việc ghi, các đầu từ MR thật sự có hai đầu trong một đầu. Lắp ráp này bao gồm một đầu từ TF cảm ứng tiêu chuẩn cho việc ghi dữ liệu và một đầu từ MR cho việc đọc. Bởi vì hai đầu từ tách biệt được lắp vào một bộ phận, mỗi đầu được tối ưu cho nhiệm vụ của nó. Các đầu từ Ferrite, MIG và TF được biết đến như là các đầu từ kẻ hở đơn (Single – gap head) bởi vì cùng khoảng cách được sử dụng cho cả hai việc đọc và ghi, trong khi đầu từ MR sử dụng một kẻ hở riêng biệt cho từng hoạt động.

Vấn đề của đầu từ kẻ hở đơn là độ dài kẻ hở luôn luôn là một thỏa hiệp giữa cái nào là tốt nhất cho việc đọc và cái nào tốt nhất cho việc ghi. Chức năng đọc cần một kẻ hở nhỏ hơn cho độ phân giải cao hơn; chức năng ghi cần có kể hỏ rộng hơn cho sự thâm nhập thông lượng sâu hơn để chuyển sang đĩa. Trong một đầu từ MR hai kẻ hở, các kẻ hở đọc và ghi được tối ưu cho hai chức năng độc lập. Kẻ hở ghi (TF) ghi một một rãnh rộng hơn là kẻ hở đọc (MR). Do đó, đầu từ đọc ít từ khả năng thu nhận thông tin từ tính lạc từ các rãnh liền kề.

Đầu từ MR được thiết kế bởi IBM thông dụng được thể hiện trong hình 8.5. Hình này đầu tiên cho thấy một lắp ráp đầu và con trượt MR hoàn chỉnh tại điểm cuối của một thiết bị truyền động (actuator arm). Đây là phần bạn có thể thấy nếu mở ổ đĩa ra. Con trượt chính là cái thiết bị khối tại phần cuối của cánh tay có hình tam giác nâng đầu từ. Đầu từ thật sự là mảng rất nhỏ được thể hiện phóng to tại phần cuối của con trượt, kế tiếp là bộ cẩm ứng đọc MR trong đầu từ được thể hiện phóng đại.

Yếu tố đọc, là bộ cảm ứng trở từ thật sự, bao gồm phim ferrite kền (NiFe) được tách biệt bởi một miếng đệm (spacer) khỏi lớp mỏng từ tính. Lớp phim NiFe thay đổi điện trở hiện hữu trong một từ trường. Các lớp tấm chắn bảo vệ yếu tố đọc bộ cảm ứng MR khỏi bị nhiễu bởi những từ trường lạc hay liên kề. trong rất nhiều thiết kế, tấm chắn thứ hai cũng có chức năng như một cực của yếu tố ghi, dẫn đến cái được gọi là một đầu từ MR hợp nhất (Merged MR head). Yếu tố ghi không phải là thiết kế của MR nhưng thay vào đó là một đầu từ cảm ứng phim mỏng.

Thiết kế đầu từ MR của IBM sử dụng một kiến trúc SAL mỏng (Soft Adjacent Layer), bao gồm phim NiFe MR, cũng như một lớp hợp kim mỏng từ tính được tách biệt bởi một phim điện trở cao. Trong thiết kế này một thay đổi điện trở xảy ra trong lớp NiFe như bộ cảm ứng MR đi qua một từ trường.

Khi các mật độ vùng tăng lên, các đầu từ được thiết kế với những yếu tố MR hẹp hơn và mỏng hơn. Nhiều thiết kế gần đây nhất đã giảm độ rộng phim giữa các tiếp xúc bên khoảng nửa micron hay ít hơn.