专利名称：热辅助磁写头及用于其中的加热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热辅助磁记录，更具体而言，涉及具有等离激元加热装置(plasmonic heating device)的磁写头。等离激元加热装置包括透明孔(aperture)和具有槽口 (notch)的不透明金属等离激元天线从而将宽的激光斑点能量聚集到槽口中。等离激元天线由独特的金合金形成以改善制造期间的强固性(robustness)。
背景技术：
计算机长期存储的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、被与旋转磁盘的表面相邻的悬臂悬吊的写和读头、以及摆动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上的选定环形道(track)之上的致动器。读和写头直接位于具有气垫面(ABQ的滑块上。 悬臂偏置滑块朝向盘的表面，当盘旋转时，与盘邻近的空气与盘表面一起移动。滑块在移动空气的垫上飞行于盘表面之上。当滑块骑在气垫上时，采用写和读头来写磁转变到旋转盘且从旋转盘读取磁转变。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路以实现写和读功能。磁致电阻传感器诸如GMR或TMR传感器被用来检测来自旋转磁盘的磁场。传感器包括夹在称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间的非磁导电层或势垒层。第一和第二引线(lead)连接到传感器以传导通过那里的检测电流。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩设置为平行于ABS但可以响应于外磁场而自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层的交换耦合来被钉扎。间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用此设置， 部分传导电子被间隔层与被钉扎层和自由层每个的界面所散射。当被钉扎层和自由层的磁化相对于彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与COS θ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层与自由层的磁化之间的角度。在读模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地改变。当检测电流传导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被检测到并处理为重放信 I (playback signal)0写头可以是垂直磁记录头，其将数据记录为垂直于磁盘的表面取向的磁化。磁盘具有被薄的硬磁顶层覆盖的软磁衬层。垂直写头具有横截面很小的写极和横截面大得多的返回极。强的、高度集中的磁场从写极沿垂直于磁盘表面的方向发出，磁化硬磁顶层。所得磁通然后通过软磁衬层行进，返回到返回极，在返回极处其充分散开且微弱从而当其在回到返回极的途中经过硬磁顶层时将不擦除由写极记录的信号。为了增加位的面密度并因而增加数据密度，介质需要由具有更高矫顽力的磁材料制成从而小的磁位不被退磁。为了在具有更高矫顽力的介质上写入，加热元件必须引入到垂直记录头中。该加热元件在介质上的磁位上产生局域热斑点(hot spot)，暂时降低位的矫顽力从而使之于是能够利用垂直记录头被写入。
发明内容
本发明提供一种热辅助磁写头，包括磁写极和等离激元加热装置。等离激元加热装置包括不透明的金属性等离激元天线和与等离激元天线相邻的孔。磁唇结构与等离激元天线相对设置，使得孔位于磁唇结构和等离激元天线之间。该天线由利于制造的金合金构成。用于等离激元加热装置的天线的制造需要各种制造步骤，诸如离子研磨和化学机械抛光，以界定最终形状。尽管就性能而言纯金是良好的天线材料，但该材料不能良好地经受形成天线所必需的这些工艺。例如，离子研磨导致纯金天线的侧壁粗糙，并且化学机械抛光使天线的表面粗糙，这两种粗糙都降低天线的性能。此外，在研磨期间，抛光颗粒嵌入到金中，因为金是软金属。本发明通过构建金属合金的天线克服了这些问题。该合金可以是包括少量(例如小于)元素乂的4欣、48乂、0^或41乂，其中乂为01、慰、1^、11、&或？{。这使得天线材料具有足够的硬度以经受住各制造工艺，而没有显著影响等离激元装置的性能。本发明的这些和其它特征和优点将通过阅读结合附图的优选实施例的详细说明而明显，附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。
为了更充分地理解本发明的本质和优点以及使用的优选方式，应参照附图阅读下面的详细说明，附图不是按比例的。附图中图1是其中可实施本发明的盘驱动器系统的示意图；图2是从图1的线2-2截取的滑块的ABS视图，示出了其上磁头的位置；图3是根据本发明一实施例的磁写头的侧剖视图；图4是从图3的圆4-4截取的部分磁写头的放大视图；图5是从图4的线5-5所见的部分写头的ABS视图；图6是写头的剖视图，示出根据本发明一备选实施例的包括合金金属膜的近场换能器加热元件；图7是根据图6的实施例的包括合金金属膜的加热元件的等离激元天线的俯视图；及图8、9、10是在制造的各中间阶段中部分等离激元加热装置的天线的视图，示出本发明提供的天线界定的改进。
具体实施例方式下面的说明是目前想到的实施本发明的优选方式。进行该说明是用于说明本发明的一般原理，而不是意图限制这里提出的发明性构思。现在参照图1，示出了实施本发明的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转的磁盘112支承在主轴(spindle) 114上且通过盘驱动器电机118旋转。每个盘上的磁记录是磁盘112上的同心数据道(未示出)的环形图案形式。至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁头组件 121。当磁盘旋转时，滑块113在盘表面122之上径向进出移动，从而磁头组件121可以访问磁盘的写有所需数据的不同道。每个滑块113借助悬臂115连到致动器臂119。悬臂115 提供轻微的弹力，弹力偏置滑块113倚着盘表面122。每个致动器臂119连到致动器装置 127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈电机(VCM)。VCM包括在固定磁场中可移动的线圈，线圈移动的方向和速度被控制器1 提供的电机电流信号所控制。盘存储系统运行期间，磁盘112的旋转在滑块113和盘表面122之间产生对滑块施加向上的力或举力的气垫(air bearing)。于是在正常运行期间气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并且支持滑块113离开盘表面并且以小的基本恒定的距离稍微位于盘表面之上。盘存储系统的各种组元在运行中由控制单元1 产生的控制信号来控制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元1 包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元1 产生控制信号从而控制各种系统操作，例如线123上的驱动电机控制信号以及线1 上的头定位和寻道控制信号。线1 上的控制信号提供所需的电流曲线，从而优化地移动并定位滑块113到盘112上的所需数据道。写和读信号借助记录通道125传达到和读出自写头和读头121。参照图2，可以更详细地观察滑块113中磁头121的取向。图2是滑块113的ABS 视图，可以看出，包括感应写头和读传感器的磁头位于滑块的拖尾边缘(trailing edge)。 常见磁盘存储系统的上述说明及图1和2的附图示例仅用于示范。应显然的是，盘存储系统可包括大量盘和致动器，每个致动器可支持多个滑块。现在参照图3，描述了写头300，写头300可以结合到磁头诸如图2所示的头121 中。写头300可包括写极302和磁返回极304，写极302延伸到气垫面(ABQ。返回极304 在ABS处的横截面大于写极302在ABS处的横截面。写极302可与成形层306在离开ABS 的区域中连接。磁背间隙层308在离开ABS的区域中将成形层306与返回极304连接，从而在离开ABS的区域中将写极302和返回极304磁连接。写极302、返回极304、成形层306 和背间隙层308都由磁材料诸如NiFe、CoFe或CoNii^e构造。写极302也由磁材料构造且优选地由通过非磁材料薄层分隔开的诸如( 的高磁矩材料层的叠层构造。图3的横截面中示出的导电写线圈310在写极302和返回极304之间穿过且也可以在写极302下面穿过。写线圈310可由诸如Cu的非磁导电材料构成且可嵌入在非磁电绝缘材料诸如氧化铝312中。继续参照图3，等离激元加热装置314可邻近写极302设置以用于局部地加热磁介质112。等离激元加热装置314穿过背间隙层308中的开口从而其可延伸得超过背间隙层 308。磁介质112相对于写极302沿箭头316所示的方向行进。因此，可以看出，等离激元加热装置314位于写极302上游，或换言之，相对于写极302处于前导方向。加热装置314 在刚好位于写极302上游的区域中局部地加热磁介质112，这短暂地减低磁介质的矫顽力。 这大大地促进了对磁介质的写入，否则，磁介质由于具有太高的矫顽力而不能写入。为了使加热装置314有效地起作用，其必须定位为尽可能近地靠近写极。此外，加热装置314必须仅加热介质112上非常小的区域，从而避免退磁相邻道的数据或相同道上的下游数据。图4示出从图3的圆4所见的部分等离激元加热装置314的放大视图。图5示出从图4的线5-5所见的图4所示结构的ABS视图。参照图4，等离激元加热装置314包括光波导402，光波导402可由氧化物构成，诸如钽氧化物(Ta2O5)、钛氧化物(TiO2)、铌氧化物(Nb2O5)、锆氧化物(ZrO2)、镧氧化物(Lii2O3)、钇氧化物W2O3)、钪氧化物(Sc2O3)、或者这些氧化物的二元、三元或四元组合。波导402也可由氮氧化物构成，诸如硅氮氧化物(SiOxNy)、 钽氮氧化物(TaOxNy)、钛氮氧化物(TiOxNy)和锆氮氧化物(ZrOxNy)。波导402由包层材料404围绕，包层材料404可以为诸如氧化铝的材料。等离激元加热装置314还包括位于ABS处的不透明金属天线406。磁的金属性唇408可从写极302 朝向磁唇408和天线406之间形成的孔410延伸。天线406、磁唇408及孔410可参照图5更清楚观察，图5示出从图4的线5_5所见的结构的ABS视图。如图5中可以观察到的，可以为诸如氧化铝的材料的包层材料404 填充天线406下面的空间。磁唇408侧面的空间412可以是包层材料404，或者天线406可延伸到磁唇408的侧面上。替代地，磁唇408可向外延伸从而填充侧部空间412。继续参照图5，等离激元天线406邻近孔410形成，在它们之间形成界面504。等离激元天线406由具有足够硬度以经得住用来界定它的制造工艺的金属性合金构造。纯Au 由于其独特的电光属性而会是用于构造天线406的良好候选。然而，由于纯Au的柔软度， 所以由纯Au构造的等离激元装置的任何高产量制造都面临挑战。例如，用于界定天线的离子研磨导致天线406具有非常粗糙的侧壁，同时化学机械抛光导致天线406的顶表面粗糙。 纳米级等离激元孔410和天线406的尺寸控制非常关键。孔410的背边缘上的8nm的粗糙度可使其性能下降15%。为此，天线406由Au合金构成，其具有足够的硬度来经受住构建天线406所需的处理步骤，从而得到非常良好地界定的具有光滑边缘的天线。天线406可由AuX构成，其中 X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。优选地，由 AuX 构成的天线 406 具有小于5个原子百分比的X浓度。令人惊讶的是，发明人发现等离激元装置的性能没有受到添加这些合金元素的显著影响，而以前相信只有使用纯金(Au)才能得到优良的性能。磁唇408与写极302磁连接并作为写极302的一部分起到磁作用。磁唇408由磁金属诸如含有Co、Fe、Cr和/或Ni的二元或三元化合物(例如Coi^e、CoFeCr, CoFeNi)构成，并且最前导的边缘506用作唇408的写边缘。孔(apertUre)410由低折射率电介质材料诸如SiOx、SiOxNy、Al2O3或折射率小于1. 75的一些其它类似的电介质构成。当光通过波导402 (图4)行进时，等离激元波形成在天线406和孔410之间的接面 (junction) 504处。天线406和孔410之间的接面504形成有槽口 508。该槽口(notch) 508 设计来在所需位置处形成等离激元波中的节点。激光在滑块的挠曲件侧(flex side)(与ABS相反的一侧)入射在波导横截面上， 并且光由“E”形等离激元天线406处的波导402携载和传输。射在金属-电介质界面504 处的光使其偏振平行于槽口，因而产生共振等离激元波。“E”形天线406的宽的“翼”区域用作电荷库(charge reservoir)，因而建立边界条件。在天线406的亚IOOnm尺寸的槽口 508处，与天线的其它部分相比，由于“避雷针”效应，空间电荷浓度增大。在亚波长尺寸处的该光能量浓度导致在槽口 508处产生热斑。该热斑用于局部加热磁介质112(图2、从而暂时降低该位置处的磁矫顽力。热斑在介质的非常集中且小的区域中加热介质112，比使用任何其它加热方法所能达到的更小且更集中。图8、9、10示出在制造的各中间阶段中的等离激元装置的一部分，并示出了根据本发明实施例构造的天线如何能经受住用于形成良好界定的具有光滑侧面和光滑上表面的天线的这些工艺。现在参照图8，提供衬底312。这可以是上面参照图3描述的绝缘填充层312，且可以由诸如氧化铝的材料构成。然后，包层404沉积在衬底312上。如上所述，包层材料也可以是配置来界定等离激元加热装置的包层的诸如氧化铝的材料。金属合金天线材料406然后沉积在包层材料404上。如上所述，天线材料406是合金AuX、CuX、AgX或A1X，其中X为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh或Pt，且其中所述合金具有小于5个原子百分比的X(但大于0原子百分比的X)。孔材料410然后沉积在天线材料406上，孔由具有低折射率(小于1. 75)的材料诸如氧化铝、SiOx或SiOxNy构成。在此阶段，进行光刻从而获得如图5所示的天线和孔的所需形状，并且使用CMP工艺平坦化图5所示的表面510。磁唇材料408诸如( 然后沉积在孔材料上。可利用另一 CMP步骤平坦化如图5所示的AuX表面512。掩模材料602沉积在磁唇材料408上。掩模材料602可以是光致抗蚀剂材料，但也可包含诸如一个或更多硬掩模层、图像转移层和底抗反射涂层(BARC)(未示出)的层。然后，参照图9，掩模602被光刻构图从而形成在离开气垫面(ABS)平面的期望位置处具有背边缘604的掩模602。然后，执行离子研磨工艺以将掩模602的图像转移至下面的层408、410、406和404，留下如图10所示的结构。如果纯Au用作天线材料406，则离子研磨将导致起伏的不良界定的背边缘，即表面1002。该起伏将极大降低装置的性能。因为天线406由上述更硬的金属合金材料构成，所以离子研磨在天线406上产生光滑平坦的良好界定的背边缘1002。然后，沉积波导材料使其与背边缘1002良好接触。在滑块制造阶段执行切片和抛光工艺从而界定如图4所示的气垫面(ABS)。抛光工艺包括使用含有磨料颗粒的抛光浆。如果纯Au用作天线材料406，则其柔软度将允许这些磨料颗粒嵌入在天线的ABS表面中，从而降低天线406的性能。因为天线由更硬的金属合金构成，所以不会发生颗粒嵌入并保持了天线的性能。此外，磁天线406可具有上述形状以外的形状。例如，天线406可以是具有类似于鸟喙的形状的纳米喙设计(nano-beak design)，在气垫面处收窄至一点。图6和7示出了本发明的这样的实施例，其中天线是纳米喙天线804。纳米喙天线804位于包层材料404 内，经由扩散阻挡层502与磁唇408相邻并与之分隔开，可由上述一种或多种材料构成。从 ABS测量时，纳米喙金属804和扩散阻挡层502的长度与图8所示的磁唇408的长度相同。 可以看出，天线804在ABS处具有锥点(tapered point)。加热装置802可通过非磁间隔层806与上返回极302分隔开。天线的俯视图示于图7中，其中可以看出从上向下观察时天线804也收窄至ABS处的一点。通过波导402行进的光被引出至天线，在天线804的尖端处形成极其集中的热斑。同样，来自该热斑的热会引起天线804和磁唇408之间的扩散。 然而，在它们之间存在扩散阻挡层502防止了该扩散。因此，扩散阻挡层502的存在在当前描述的实施例中提供了与前述实施例中相同的优点。其它天线形状包括棒棒糖形状、蝴蝶结形状或双杆(two-rod)天线。类似地，孔 410的形状或配置也可以变化。例如，孔可具有“C”形、三角形或可以配置为脊波导孔。另夕卜，NFT可以是微孔激光器(VSAL)。尽管上面描述了各种实施例，但应理解它们仅是以举例的方式给出而不是限制。 落在本发明范围内的其它实施例对本领域技术人员也会是显而易见的。因此，本发明的广度和范围不应被上述示例性实施例限制，而应仅根据权利要求及其等价物定义。
权利要求
1.一种加热装置，用于热辅助磁写头中，该加热装置包括等离激元天线，其中所述等离激元天线包括金属合金。
2.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是金合金AuX，其中X为Cu、Ni、Ta、 Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。
3.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是金合金AuX，其中X为Cu、Ni、Ta、 Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%0
4.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是铜合金CuX，其中X为Ni、Ta、Ti、 Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。
5.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是铜合金CuX，其中X为Ni、Ta、Ti、 Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%0
6.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是银合金AgX，其中X为Cu、Ni、Ta、 Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。
7.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是银合金AgX，其中X为Cu、Ni、Ta、 Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%0
8.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是铝合金A1X，其中X为Cu、Ni、Ta、 Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。
9.如权利要求1的加热装置，其中所述金属合金是铝合金A1X，其中X为Cu、Ni、Ta、 Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%0
10.如权利要求1的加热装置，还包括接触所述等离激元天线的至少一个边缘的孔。
11.一种热辅助磁写头，包括近场换能器，包括金属性E形天线，该金属性E形天线包括金属合金；磁极；以及磁唇，与所述磁极连接。
12.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括金合金AuX，其中X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
13.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括金合金AuX，其中X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
14.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括铜合金CuX，其中X 为 Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
15.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括银合金AgX，其中X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
16.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括银合金AgX，其中X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
17.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括铝合金A1X，其中X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
18.如权利要求11的热辅助磁写头，其中所述金属性E形天线包括铝合金A1X，其中X 为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%，且还包括电介质C形孔，该电介质C形孔包括Si02、Si3N4或SiOxNy。
19.一种热辅助磁写头，包括近场换能器，包括三角形喙天线，该三角形喙天线包括金属合金；电介质C形孔，包括Si02、Si3N4或SiOxNy ；磁极；以及磁唇，与所述磁极连接。
20.如权利要求19的热辅助磁写头，其中所述三角形喙天线包括金合金AuX，其中X为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。
21.如权利要求19的热辅助磁写头，其中所述三角形喙天线包括铝合金A1X，其中X为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt。
22.如权利要求19的热辅助磁写头，其中所述三角形喙天线包括铜合金CuX，其中X为 Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru, Rh g Pt。
23.如权利要求19的热辅助磁写头，其中所述三角形喙天线包括金合金AuX，其中X为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%。
24.如权利要求19的热辅助磁写头，其中所述三角形喙天线包括铝合金AuX，其中X为 Cu、Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%0
25.如权利要求19的热辅助磁写头，其中所述三角形喙天线包括铜合金CuX，其中X为 Ni、Ta、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo、Y、W、Ru、Rh 或 Pt，X 的浓度小于 5at%0
全文摘要
本发明涉及热辅助磁写头及用于其中的加热装置。一种热辅助写头具有等离激元加热装置。该等离激元加热装置具有位于热辅助写头的气垫面处的等离激元天线。等离激元天线由足够硬的合金构成从而经受住用于构建等离激元天线的工艺，诸如离子研磨和化学机械抛光。等离激元天线优选地由AuX构成，其中X为Cu、Ni、Ta、Ti、Zr或Pt且X的浓度小于5at％。
文档编号G11B5/127GK102479516SQ201110378120
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者B.C.斯蒂普, V.P.S.拉韦特 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司