等离子体间隙波导的制作方法

技术实现要素：

实施例涉及一种装置，所述装置包括被配置用于进行热辅助磁记录的滑块。所述滑块的输入耦合器被配置用于接收由光源产生的光。所述滑块的波导包括波导芯，所述波导芯沿着所述光传播方向从具有第一横截面宽度的第一部分到具有第二横截面宽度的第二部分逐渐变细。所述第二横截面宽度小于所述第一横截面宽度，并且所述第二部分具有输出端。所述波导包括至少围绕所述芯的至少一个包层。所述波导被配置用于响应于在所述换能器区域处接收到的所述光而在所述输出端附近提供表面等离子体增强近场辐射图案。

实施例涉及一种装置，所述装置包括被配置用于进行热辅助磁记录的滑块。所述滑块包括输入耦合器，所述输入耦合器被配置用于接收由光源激发的光。所述滑块包括波导，所述波导包括第一部分，所述第一部分自所述输入耦合器延伸，所述第一部分具有基本上恒定的第一横截面宽度。所述波导包括第二部分，所述第二部分自所述第一部分延伸，所述第二部分沿着光传播方向从所述第一横截面宽度逐渐变细到第二横截面宽度，所述第二横截面宽度小于所述第一横截面宽度。所述波导包括第三部分，所述第三部分自所述第二部分延伸，所述第三部分沿着所述光传播方向具有保持基本上恒定的所述第二横截面宽度，所述第三部分具有输出端。所述波导包括至少一个包层，所述至少一个包层围绕所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分。所述波导被配置用于响应于在所述换能器区域处接收到的所述光而在所述输出端附近提供表面等离子体增强近场辐射图案。

一种方法包括经由波导将光递送至热辅助磁记录滑块的换能器区域。在波导的等离子体换能器区域处接收光。所述波导包括波导芯，所述波导芯沿着所述光传播方向从具有第一横截面宽度的第一部分到具有第二横截面宽度的第二部分逐渐变细，所述第二宽度小于所述第一宽度。所述波导包括至少围绕所述芯的至少一个包层。响应于接收到所述光而在所述波导的所述输出端附近提供表面等离子体增强近场辐射图案。

以上发明内容并不旨在描述本公开的每个公开实施例或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明了说明性实施例。

附图说明

贯穿本说明书，参考了附图，其中，类似参考编号表示类似元件，并且其中：

图1是根据本文描述的实施例的包括波导的硬盘驱动器滑块的透视图；

图2是横截面视图，示出了根据各种实施方式的hamr装置的细节；

图3展示了根据各个实施例的随着其靠近abs而具有逐渐变窄的锥形物的等离子体间隙波导；

图4a展示了根据一些方面的等离子体间隙波导的横截面的更详细视图；

图4b示出了根据各个实施例的间隙波导的第二和第三部分的更详细视图；

图5a展示了根据本文描述的实施例的锥形物构型；

图5b展示了根据本文描述的实施例的另一锥形物构型；

图5c展示了根据本文描述的实施例的又一锥形物构型；

图5d展示了根据本文描述的实施例的再一锥形物构型；

图6展示了根据一些实施例的过程；

图7示出了根据各种实施方式的沿着间隙波导的横截面的电场分布轮廓；

图8a展示了根据本文描述的各个实施例的间隙波导的温度轮廓；

图8b展示了根据本文描述的各个实施例的间隙波导的热梯度比较；

图9a展示了根据一些实施方式的利用间隙波导和基于销钉的nft的构型的温度对空间轮廓分布；

图9b示出了根据本文描述的实施例的邻近磁道的被归一化为405摄氏度的记录温度的温度对间隙波导构型中的间隙的宽度和基于销钉的nft构型中的销钉的宽度；

图10展示了根据一些实施例的用于使用被配置用于将热量散发远离波导芯的等离子体间隙波导的过程；

图11a示出了根据各种实施方式的在基于销钉的nft设计的abs处的温度分布；

图11b示出了根据各种实施方式的在基于销钉的nft设计的abs处的另一温度分布；

图11c展示了根据一些实施例的在间隙波导设计的abs处的温度分布；并且

图11d展示了根据一些实施例的在间隙波导设计的abs处的另一温度分布。

附图不一定是按比例的。附图中使用的类似编号指代类似部件。然而，将理解的是，使用某个编号来指代给定图中的部件并不旨在限制另一个图中使用同一编号来标记的部件。

具体实施方式

本公开总体上涉及磁记录设备(比如，硬盘驱动器)中使用的读取-写入磁头。具体地，本公开涉及可以用于增大磁介质的面积数据密度的热辅助磁记录(hamr)。在hamr设备中，在特殊配置的磁介质中，信息位在高温下记录在存储层中。对热量的使用可以克服可能以其他方式限制介质的面积数据密度的超顺磁效应。如此，hamr设备可以包括写入磁头，所述写入磁头用于在磁性写入磁头向介质施加磁场以便进行记录的同时递送电磁能以便对小的有限介质区域(光斑大小)进行加热。

hamr读取/写入元件(有时被称为滑块、记录磁头、读取磁头、写入磁头、读取/写入磁头等)包括类似于当前硬盘驱动器上的磁性读取和写入换能器的磁性读取和写入换能器。例如，数据可由磁阻式传感器读取，当磁介质在所述磁阻式传感器下面移动时，所述传感器检测到磁介质的磁性波动。数据由磁性地耦合至写入磁极的写入线圈写入到磁介质中。当介质在写入磁极下面移动时，写入磁极响应于施加到写入线圈上的激励电流而改变介质的区域中的磁定向。hamr滑块还将通常包括能源(比如，激光二极管)以便在介质被写入磁极写入时对介质进行加热。光学递送路径被整合到hamr滑块中以便将能量递送至介质的表面。

hamr滑块的光学递送路径可以包括面向介质的表面(例如，空气支承表面、接触表面)附近的等离子体换能器。等离子体换能器对能量进行成形并将其传输至介质上的小区域。等离子体换能器有时被称为近场换能器(nft)、光学天线、表面等离子体谐振器等，并且可以包括等离子体金属，比如，金、银、铜、铝等及其合金。hamr设备的等离子体换能器非常小(例如，大约0.1到几个光波长，或其之间的任何值)，并且在介质中通过电磁交互创建高功率密度的局部区域。这在介质上的小区域中导致很高的温升，其中，超过居里温度(curietemperature)的区域具有小于100nm的尺寸。

参照图1，透视图示出了根据示例实施例的hamr滑块组件100。滑块组件100包括激光二极管102，所述激光二极管被定位在滑块本体101的输入表面103上。在此示例中，输入表面103是顶表面，所述顶表面被定位成与面向介质的表面108相对，所述面向介质的表面在设备运行期间被定位在记录介质(未示出)的表面上方。在对介质进行读取和写入时，面向介质的表面108面向移动的介质表面或者被保持在移动的介质表面附近。面向介质的表面108可以被配置为经由薄空气层维持与介质表面分离的空气支承表面(abs)。

激光二极管102将光递送至被定位成靠近面向介质的表面108的hamr读取/写入磁头106附近的区域。能量用于在记录介质经过读取/写入磁头106时对记录介质进行加热。光学耦合部件(比如，模转换波导系统110)可以整体形成于滑块本体101内(在此示例中，靠近后缘表面104)并且充当经由近场换能器112将能量从激光二极管102递送至记录介质的光学路径。近场换能器112靠近读取/写入磁头106并且在记录操作期间引起对介质的加热。在一些情况下，波导芯被配置用于充当nft。

在此示例中，激光二极管102可以被配置为或者边发射激光器或者表面发射激光器。通常，边发射激光器从激光器的拐角边缘附近发射光，而表面发射激光器在垂直于激光器本体表面的方向上(例如，从靠近表面中心的点)发射光。边发射激光器可以安装在滑块本体101的顶表面103上(例如，在袋或腔中)，从而使得光在平行于(或者至少不垂直于)面向介质的表面的方向上发射。在这些示例中的任何示例中的表面发射或边发射激光器可以直接地或者经由如基座(未示出)等中间部件耦合至滑块本体101。基座可以用于对边发射激光器进行定向，从而使得其输出直接向下(在此图中，负y方向)。

虽然图1中的示例示出了直接安装到滑块本体101上的激光二极管102，但是本文讨论的波导系统110可以适用于任何类型的光递送构型。例如，激光器可以安装在后缘表面104上而不是顶表面103上。在被称为自由空间光递送的另一种构型中，激光器可以安装在滑块100外部并且通过光纤和/或波导的方式耦合至滑块。滑块本体101的输入表面可以包括光栅或其他耦合特征以便经由光纤和/或波导接收来自激光器的光。

现在参照图2，横截面视图示出了根据示例实施例的hamr装置200的细节。nft112被定位在面向介质的表面202(例如，abs)附近，所述面向介质的表面在设备运行期间保持靠近磁记录介质204。在图2的定向下，面向介质的表面202被安排成平行于x-z平面。波导芯206可以布置在nft112附近，所述nft被定位在介质写入表面214处或附近。

nft是任何熟知的等离子体材料(例如，au、ag、cu)并且可以定位在焦点区域处或附近以便进一步将能量引导至空气支承表面110(abs)。在一些构型中，nft可以被配置为被成形为像锥形销或附接有销钉的圆盘(例如，被成形为像棒棒糖)的单个等离子体材料块。这种nft设计可以具有向下(在y方向上)延伸到abs110的一端。电场在nft的表面上激发，并且这些电场被引导出来到达控制承表面110以供递送至介质204。磁极(例如，图2中的磁极202)被定位在nft附近(例如，在z方向上在nft上方或下方)并且在记录期间向被加热介质(例如，图2中的介质204)施加磁场。

波导芯206被包层208、210围绕。波导芯206和包层208、210可由如al2o3、sioxny、sio2、ta2o5、tio2、zns、sinx、nb2o5、aln、hf2o3、y2o3、alo等介电材料制成。通常，介电材料被选择为使得波导芯层206的折射率高于包层208、210的折射率。这种材料安排促进通过波导进行高效光传播。光从波导芯206沿着其耦合至nft112的负y方向递送。nft112沿着y轴递送表面离子增强近场电磁能，所述电磁能在所述y轴上在介质写入表面处离开。当介质204被放置为很靠近装置的表面时，这可能在介质表面上导致高度局部化的热点(未示出)。

为了减轻高温的负面效应，nft可以经由散热器热耦合至磁极。然而，甚至是在具有散热器的情况下，在记录期间诱发的温度可能高到足以在nft、磁极与散热器之间引起实质性扩散。这降低了nft效率并且还减小了记录磁极的磁矩。

在一些情况下，nft112是波导芯106的一部分。在此实施例中，波导可以充当波导和nft。这种类型的波导在本文中可以被称为“等离子体间隙波导”、“间隙波导”和/或“孔口波导”。间隙波导可以嵌入到允许波导作为散热器和nft运行的包层材料中。这允许间隙波导将热量散离波导芯。例如，间隙波导可以嵌入到具有高热导率的如au和/或cu等材料中。在一些情况下，因为au具有最高热导率水平和最高等离子体质量因子水平之一，所以可以使用au。相比具有基于销钉的nft的系统中，这种构型可以允许将被转化成具有更高热梯度的更小热点的更高局部电场。相比具有基于销钉的nft的系统，间隙波导系统还可以允许设备以更低的温度有效地运行。

等离子体间隙波导基于两个表面等离子体激元(spp)之间的光学耦合，所述spp在波导芯与包层之间的界面中的每一个中传播。等离子体间隙波导可以通过将电tm或te模注入到波导中来激发。可以调整层之间的宽度和间隙间隔减小以便对磁记录介质中的热点大小和热梯度进行成形。

根据各个实施例，等离子体间隙波导包括置于两个分离的金属条之间形成金属-电介质-金属夹层结构的电介质芯，在所述夹层结构中，在界面电介质-金属中传播的这两个spp被耦合，从而限定间隙周围的电场。在一些情况下，等离子体间隙波导具有锥形物，所述锥形物随着其接近滑块的面向介质的表面而变窄。锥形波导可以嵌入到如au等包层材料中。模通过将tm模注入到逐渐变细的较宽波导中来激发以便将这两个spp模耦合到间隙波导中。在等离子体间隙波导输出端处生成的电场用作热源以便在磁介质中生成尖且高度局部化的热点。

图3展示了随着其靠近abs而具有逐渐变窄的锥形物的等离子体间隙波导。波导芯310可以在靠近光源的第一节段中具有基本上恒定的横截面宽度。根据各个实施例，波导芯310是如例如ta2o5等电介质。波导芯310可以在第二节段中开始变细，并且继续变细，直到其到达介质340附近的abs350。在一些情况下，波导芯310可以在abs350之前的某个点处停止变细。波导芯310被一个或多个可以具有与波导芯310的材料不同的折射率的包层320、330。例如，波导芯310的折射率可以小于包层320、330中的至少一者的折射率。根据各种实施方式，第一包层320用于围绕波导芯310的第一部分360。第二包层330可以用于围绕波导芯310的第二部分370。用于第一包层320的材料可以具有与用于第二包层330和/或波导芯310的材料相同或不同的折射率。根据一些实施例，第二包层330包括au。在一些情况下，第二包层330基本上在波导芯310开始朝着abs350逐渐变细的同一点处开始。

图4a展示了根据各个实施例的等离子体间隙波导的横截面的更详细视图。等离子体间隙波导具有第一部分460，所述第一部分具有长度l1416。在一些情况下，第一部分460具有恒定的横截面宽度w1412。例如，w1可以处于350nm至400nm的范围内。第一部分460可以被第一包层420围绕。第一包层420可以包括例如sio2。

等离子体间隙波导具有第二部分470，所述第二部分具有大于600nm至900nm范围的长度l2417。如图4a中所示出的，第二部分470可以至少在间隙波导的第一侧440上逐渐变细。间隙波导的第二相对侧442可以是基本上笔直的。第二部分470逐渐变细为间隙波导的第三部分480中的第二宽度w2414。例如，w2414可以处于15nm至40nm的范围内。

如图4a中所示出的，间隙波导的第三部分480可以具有恒定横截面宽度，并且可以具有在5nm至70nm的范围内的长度l3418。根据各种实施方式，l3418的大小取决于目标磁道宽度。第二部分470和第三部分480被第二包层430围绕，所述第二包层可以是与第一包层420的材料相同的材料或不同的材料。在一些情况下，第二包层包括au。虽然图4a示出了与波导的第一部分460和第二部分470对齐第一和第二包层420、430之间的分界，但是将理解的是，第一包层420可以延伸到间隙波导的第二部分470和/或第三部分480中。类似地，第二包层430可以延伸以便至少围绕间隙波导的第一部分460的一部分。在一些情况下，具有与第一和/或第二包层相同或不同的材料的第三包层可以至少围绕间隙波导的第三部分480的一部分。

图4b示出了间隙波导的第二部分470和第三部分480的更详细视图。间隙波导可以沿着光传播方向具有恒定深度。在一些情况下，间隙波导的深度也随着其靠近abs而逐渐变细。例如，间隙波导可以在间隙波导的第一部分470处具有约450nm至550nm的深度d0421，并且可以逐渐变细为间隙波导的abs端处的约20nm至120nm或30nm的深度d1419。d1419的大小可以取决于若干因素。例如，d1419可以随着目标磁道宽度增大而增大。在一些情况下，d1419根据在交叉磁道(cross-track)方向和/或向下磁道(downtrack)方向上的所产生的热梯度而变化。

图5a至图5d展示了不同锥形物构型。虽然图4a和图4b中示出的示例展示了具有两个节段(所述两个节段具有基本上恒定的横截面宽度)的间隙波导，但是在一些情况下，间隙波导可以不包括第三部分并且可以具有持续减小直到到达间隙波导的abs表面的锥形物。例如，图5a展示了间隙波导包括第一部分550和第二部分560的示例实施例，所述第一部分具有基本上恒定的横截面宽度，所述第二部分具有逐渐变细为abs处的第二横截面宽度的锥形物。图5b示出了间隙波导的第一侧540和第二侧542在间隙波导的第二部分562中具有锥形物的示例。在图5b中示出的示例中，间隙波导的第一部分512具有基本上恒定的横截面宽度，而间隙波导的第二部分562在两侧540、542从间隙波导的第一部分512的宽度到间隙波导的第三部分570的宽度变窄。第三部分570可以具有基本上恒定的横截面宽度。图5c示出了第一部分554具有恒定的横截面宽度而第二部分564在第一侧541和第二侧544两者上逐渐变细一直到空气支承表面580的示例。

在一些情况下，间隙波导的第一侧和第二侧中的一者或多者具有弯曲的锥形物。图5d展示了具有弯曲的锥形物的等离子体间隙波导的示例。图5d的等离子体间隙波导的第一部分556具有基本上恒定的横截面宽度。等离子体间隙波导具有包括弯曲的锥形物的第二部分566。

图6展示了根据本文描述的实施例的过程。光经由波导递送610至换能器区域。在波导的等离子体换能器区域处接收620光。根据各个实施例，所述波导包括波导芯，所述波导芯沿着光传播方向从具有第一横截面宽度的第一部分到具有第二横截面宽度的第二部分逐渐变细。在一些情况下，第二宽度小于第一宽度。波导包括至少围绕芯的至少一个包层。响应于接收到光而在波导的输出端附近提供630表面等离子体增强近场辐射图案。

图7示出了沿着间隙波导的横截面的电场分布轮廓。等离子体间隙波导的第一部分710中的场延伸到第一包层730中。等离子体间隙波导的第二720以及(可选地)第三部分中的场在很大程度上限制在波导芯内并且具有到周围第二包层740中的有限延伸。

等离子体间隙波导被配置用于限制间隙周围的电场。图8a示出了基于间隙的设计的在具有约40nm的nft磁极间隔(nps)810的构型的热点周围的记录层处的温度轮廓。温度分布沿着如图8a中示出的记录层平面延伸。在此示例中，等离子体间隙波导注入有tm模光并且具有taox芯和sio2包层。

图8b示出了此基于间隙的模型与基于销钉的设计之间的热梯度比较。输出间隙的宽度(wptgapw)和销钉宽度(wpeg)对应变化。此示例示出了基于销钉的基于nft的设计的向下磁道热梯度(tgdt)820、基于销钉的基于nft的设计的交叉磁道热梯度(tgct)830、等离子体间隙波导设计的向下磁道热梯度(tgdt)840以及间隙波导设计的交叉磁道热梯度(tgct)850。在此示例中，可以观察到，在等离子体间隙波导构型的情况下，使用比基于销钉的nft实施例中的销钉的具有约15至20nm的峰值的宽度更大的间隙宽度(约40至70nm)获得更高的梯度。

图9a展示了利用间隙波导920和基于销钉的nft910的构型的温度对交叉磁道方向。在此示例中，系统具有40nm的固定磁道宽度和495摄氏度的最大介质温度。相比于基于销钉的nft设计910，沿着间隙波导设计920的交叉磁道方向的温度分布示出了围绕热点的更小温度。

图9b示出了邻近磁道的被归一化为405摄氏度的记录温度的温度对间隙波导构型中的间隙的宽度和基于销钉的nft构型中的销钉的宽度。如从图9b中可以观察到的，具有设定宽度的基于销钉的nft构型930的相邻磁道温度通常高于相同宽度间隙的等离子体间隙波导构型940的相邻磁道温度。在进行记录时，更高的相邻磁道宽度可以引起与相邻磁道的交互。减少与相邻磁道的交互可以导致能够增大每英寸磁道数并且因此增大物理介质的容量。

根据各种实施方式，等离子体间隙波导被配置用于将热量散发远离波导芯同时使波导的金属部分中的温度保持很低。这允许增加设备的寿命，因为金属在高温下比电介质更可能变形。图10展示了根据本文描述的实施例的过程。光经由波导递送1010至换能器区域。在波导的等离子体换能器区域处接收1020光。根据各个实施例，所述波导包括波导芯，所述波导芯沿着光传播方向从具有第一横截面宽度的第一部分到具有第二横截面宽度的第二部分逐渐变细。在一些情况下，第二宽度小于第一宽度。波导包括至少围绕芯的至少一个包层。响应于接收到光而在波导的输出端附近提供1030表面等离子体增强近场辐射图案。在所有方向上散发1040在波导芯中吸附的热量。根据各种实施方式，在将热量散发远离波导芯时，使波导的波导的金属部分中的热量保持尽可能低。例如，在将热量散发远离波导芯时，使包层中的热量保持尽可能低。

图11a至图11d展示了基于销钉的nft设计(图11a和图11b)和间隙波导(图11c和图11d)的在abs处的具有归一化最大温度的温度分布。对于针对两种情况固定的最大磁头温度，相比于在基于销钉的nft结构中使用的电介质-金属-电介质构型，具有在间隙波导中使用的金属-电介质-金属结构的构型示出了金属部件上的较低温度。这可能是由于间隙波导构型由于金包层的高热导率而更高效地散热的原因。由于金属在高温下比电介质更可能变形，所以在间隙波导构型中的波导的金属部分上的更少热量可以使波导比在金属部分上存在更多热量的构型具有更长的寿命。

以上描述的各个实施例可以使用进行交互以便提供特定结果的电路系统和/或软件模块来实施。计算领域的技术人员可容易地使用本领域公知的知识在模块化层或作为整体实施所描述的这种功能。例如，本文展示的流程图可以用于创建计算机可读指令/代码以供处理器执行。如本领域中熟知的，这种指令可以存储在非瞬态计算机可读介质上并且可以转移至处理器以供执行。

除非另外指明，表示在说明书和权利要求书中使用的特征大小、数量和物理性质的所有数字将被理解为在所有实例中被术语“约”修饰。因此，除非指出有相反的意思，在前述说明书和所附权利要求中阐述的数值参数都是近似值，所述近似值可以根据本领域的技术人员利用本文公开的教导寻求获得的期望性质而变化。通过端点使用的数值范围包括所述范围内的所有数字(例如：1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及所述范围内的任何范围。

已经出于展示和描述的目的呈现了前述对示例实施例的描述。其不旨在详尽的或将实施例限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化都是可能的。所公开的实施例的可以单独或以任何组合应用的任何或所有特征不旨在是限制性的，而纯粹是说明性的。本发明的范围不限于本具体实施方式，而相反由所附权利要求来确定。