保护HAMR头中的写入极免受腐蚀的方法与流程

背景技术：

在热辅助磁记录(hamr)技术中，可使用激光器将基于fept的记录介质加热到其居里温度(tc)以上。可使用放置在hamr头上的感应写入极附近的近场换能器(nft)将激光器生成的热量引导到介质。当介质冷却时，然后在再冻结过程期间进行写入。因为位转换由热梯度确定，与仅写入场梯度相反，所以与先前的磁记录技术相比，hamr可实现更高的线性密度/轨道密度。

当激光器打开时，nft和周围材料达到非常高的温度，并且介质反加热会增加总的热负荷。由于热量高，hamr头空气轴承表面(abs)上的保护性外涂层可能会受损，或者甚至可能在激光器加热几秒钟后消失。如果不具有保护性外涂层，则nft附近的写入极的部分可变得严重氧化，从而导致腐蚀。一旦极腐蚀开始，腐蚀可扩散到abs上，从而导致整个写入极底表面损坏。

高阶矩材料可能更容易腐蚀，并且因此，极腐蚀的问题可能变得更加关键，因为写入极中利用高阶矩材料。另外，为了改善面密度，写入极可包括更薄的头部外涂层，这可能还需要单独的极保护机构。此外，在nft包括在极的底部产生增加的热量浓度的封盖材料的构造中，可能需要附加极保护措施来保护极免受腐蚀。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的构造用于热辅助磁记录(hamr)的磁盘驱动器的顶部示意图。

图2是根据本发明的一个实施方案的包括hamr头的写入元件的图1的hamr系统的所选部件的侧截面示意图。

图3是根据本发明的一个实施方案的包括具有凹部的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧剖视图

图4是根据本发明的一个实施方案的包括在凹部内具有极基座的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的底视图。

图5是根据本发明的一个实施方案的包括在凹部内具有极基座的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧视图。

图6是根据本发明的另一个实施方案的包括在凹部内具有极基座的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧视图。

图7是根据本发明的另一个实施方案的包括在凹部内具有极基座的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧视图。

图8是根据本发明的另一个实施方案的包括具有凹部的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧视图。

图9是根据本发明的另一个实施方案的包括具有凹部的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧视图。

图10是根据本发明的另一个实施方案的包括具有凹部的写入极的hamr头的写入元件的所选部件的侧视图。

图11是根据示例性实施方案示出用于不同形状和高度的极基座的写入场分析结果的表。

图12是根据本发明的一个实施方案的用于制造hamr头的写入元件的过程的流程图。

具体实施方式

现在参见附图，示出了有助于保护写入极免受腐蚀的热辅助磁记录(hamr)头的实施方案。一个示例性hamr头设计涉及写入极，该写入极包括靠近hamr头中的近场换能器(nft)的凹部，以保护写入极免受腐蚀。凹部从写入极的底表面的一部分沿着写入极的靠近nft的侧面的一部分延伸。在凹部内，极基座可由耐腐蚀的材料形成。极基座可以是矩形形状、倒角形状或l形。凹部还可被引入在写入极的底表面的沿着写入极的侧面的部分延伸的部分上。本发明还公开了一种制造此类hamr头的方法。

图1是根据本发明的一个实施方案的被构造用于热辅助磁记录(hamr)并包括磁介质102的磁盘驱动器100的顶部示意图。激光器(在图1中不可见，但参见图2)定位有包括hamr头(在图1中不可见，但参见图2)的滑块108。

磁盘驱动器100可包括一种或多种磁盘/介质(统称为磁介质)102以存储数据。磁介质102可包括基底、基底上的散热器、散热器上的一个或多个种晶层、一个或多个种晶层上的一个或多个磁记录层、通常由非晶类金刚石(dlc)形成的外涂层、和液体润滑剂层。在一个实施方案中，一个或多个磁记录层可由一种或多种材料制成，诸如fept、copt和/或fepd。

磁介质102驻留在主轴组件104上，该主轴组件安装到驱动壳体106。数据可沿着介质102的磁记录层中的轨道存储。用可具有读取元件和写入元件两者的hamr头来完成数据的读取和写入。写入元件用于改变介质102的磁记录层的特性，并且因此向该介质写入信息。在一个实施方案中，hamr头可具有磁阻(mr)元件或巨磁阻(gmr)元件。在另一个实施方案中，hamr头可以是另一种类型的头，例如，感应读取/写入头或霍尔效应头。

在操作中，主轴电机(未示出)使主轴组件104旋转，并且因此使介质102旋转，以将滑块108定位在沿着期望磁盘轨道107的特定位置处。滑块108相对于介质102的位置可由位置控制电路110控制。

图2是根据本发明的一个实施方案的图1的hamr系统的所选部件的侧截面示意图。hamr系统部件包括介质102和滑块108。子底座112附接到滑块108的顶表面。激光器114附接到子底座112，并可能附接到滑块108。激光器114可包括例如激光二极管、发光二极管(led)、表面发射二极管、边缘发射激光二极管、垂直腔面发射激光器(vcsel)或其他类型的激光装置。

滑块108还包括hamr头116，该hamr头包括沿着头116的空气轴承表面(abs)118定位的写入元件和读取元件，分别用于向介质102写入信息和从该介质读取信息。读取元件可包括例如磁阻读取元件，而写入元件可包括例如感应写入元件。

hamr头116的写入元件的示例性部件也在图2中示出。写入元件包括波导120、近场换能器(nft)122和写入极124以及线圈(为简单起见，未示出)。波导120可包括由包覆层包围的芯，每个包覆层可由一种或多种材料制成，诸如al2o3、sioxny、sio2、ta2o5、tio2或其他介电材料。nft122可由低损耗金属制成，诸如au、ag、al、cu或它们的组合。写入极124可由高阶矩磁性材料制成，诸如feco、cofeni及其他类似的材料。一个或多个线圈可由导电材料制成，诸如cu、ag、au以及它们的组合。

nft122位于头116的abs118(例如，底表面)附近。abs118可包括保护性外涂层，诸如厚度在1nm至6nm范围内的dlc外涂层，并且该dlc外涂层的外表面形成abs118。写入极124还包括靠近abs118和nft122的端部。

在hamr头116的写入元件的示例性写入操作中，激光器114被构造成生成光能并将光能导向到波导120，该波导将光导向到nft122。在经由波导120从激光器114接收到光时，nft122生成局部热能，该局部热能加热写入元件的写入极124附近的介质102的区域128(或“位”)。在加热期间，一个或多个线圈生成磁场，该磁场被传递到写入极124以将记录磁场施加到介质102上的区域128(例如，“写入”到区域128)。

在写入过程期间加热nft122可损害abs118上的保护性外涂层或将该保护性外涂层从nft122附近的写入极124的一部分去除。这反过来可导致写入极124变得严重氧化，从而引起写入极124的腐蚀。为了最小化和/或防止此类腐蚀，在一个实施方案中，写入极124可包括靠近nft122的凹部(在图2中不可见，但参见图3)。

图3是根据本发明的一个实施方案的hamr头的写入元件200的所选部件的侧剖视图。写入元件200包括波导202、nft204、写入极206和一个或多个线圈208。在一些示例中，波导202、nft204和写入极206可对应于图2所示的波导120、nft122和写入极124。波导202包括由包覆层212和214围绕的芯210。芯210的折射率可高于包覆层212和214的折射率，以将来自激光器(如图2所示)的光(电磁能)导向穿过芯210。

写入极206包括靠近写入元件200的空气轴承表面(abs)218的底表面216、靠近nft204的第一侧面220、和与第一侧面220相对的第二侧面222。写入极206还包括凹部224，该凹部从底表面216的一部分沿着靠近nft204的第一侧面220的一部分延伸。凹部224在写入极206内形成三维腔，该三维腔使写入极206的底部远离nft204有效地移动。在一些示例中，凹部224可被设计成提供特定腔形状，诸如图3所示的l形。在一个实施方案中，凹部224可由极基座填充，该极基座由耐腐蚀的材料形成。在其他实施方案中，凹部224可包括绝缘材料，诸如包覆材料或者与写入极206的材料不同的其他材料。绝缘材料的示例可包括但不限于al2o3、sioxny、sio2、ta2o5或其他类似的氧化物。

写入元件200还可包括散热器226，该散热器由靠近nft204或与该nft直接接触的导热材料制成并被选择成避免从波导202到介质230上的区域228的热能传递的减少。在一些示例中，介质230可对应于图1和图2所示的磁介质102。散热器226还可靠近写入极206。另外，散热器226可热耦合到写入极206的凹部224中的极基座。

图4是根据本发明的一个实施方案的hamr头的写入元件300的所选部件的侧视图。具体地讲，图4示出了当从写入元件300的侧面观察时的写入极302和nft304的简化表示。在一些示例中，写入元件300、写入极302和nft304可对应于图3所示的写入元件200、写入极206和nft204。写入极302包括形成在凹部308(例如，该凹部可对应于图3所示的凹部224)内的极基座306。

极基座306可由一种或多种材料制成，该材料比写入极302耐腐蚀。例如，极基座306可由非磁性材料制成，诸如贵金属或者rh、ru、ir、ni、v、w、au、pt、ti、cr或ta的合金。极基座还可由稳定的氧化物制成，诸如ta2o3、y2o3、cr2o3、zro2、hfo2、tio2、sio2、铁氧体(nixfeyoz，其中x、y和z的原子百分比介于0％-100％之间)、ba-铁氧体、zn-铁氧体、sr-铁氧体或者比写入极302耐腐蚀的其他类似的铁氧体。极基座还可由比写入极302耐氧化的牺牲材料层制成，诸如si、ta、zr、ti、hf、y和其他类似的材料。极基座306还可由包括较低磁矩的磁性材料制成。例如，极基座306可包括小于或等于1.8t的磁矩，而写入极302可包括介于1.8t和4t之间的磁矩。极基座306还可由包括比写入极302高的ni原子百分比的磁性材料制成。可用于极基座306的磁性材料的一个示例可包括fexniycoz，其中x、y和z是在0％-100％之间变化的原子百分比，而y大于40％以提供低的氧化。在该示例中，写入极302可包括比极基座306小20％的ni百分比。

极基座306可具有特定形状，诸如矩形形状、倒角形状或l形，后者如图4所示。在图4所示的示例中，极基座306包括第一段310和第二段314，该第一段沿着写入极302的靠近写入元件300的abs328的底表面312延伸，该第二段从底表面312沿着写入极302的最接近nft304的并与写入极302的第二侧面318相对的第一侧面316延伸。第一段310和第二段314共同形成极基座306的三维l形块。为了容纳极基座306的l形块，写入极302的凹部308提供l形腔，在该l形腔中可形成l形极基座306。

极基座306仅延伸穿过写入极302的底表面312的总长度322的一部分320，其中底表面312的总长度322被定义为从写入极302的第一侧面316到写入极302的第二侧面318的长度。另外，极基座306仅延伸穿过写入极302的第一侧面316的总长度326的一部分324，其中第一侧面316的总长度326被定义为从写入极302的底表面312到写入极302的第一侧面316的端部的长度。在一个示例中，底表面312的总长度322可介于10nm和1微米之间，而第一侧面316的总长度326可介于100nm和5微米之间。因此，底表面312和第一侧面316的部分320和324分别小于其总长度。另外，底表面312和第一侧面316的部分320和324分别靠近(或最接近)nft304，以最小化和/或防止氧化，并且从而最小化和/或防止写入极302腐蚀。

底表面312和第一侧面316的部分320和324的长度还分别被选择成最小化写入极302的写入场强度的减小。在一个示例中，形成凹部308的底表面312的部分320的长度可以是20nm，并且形成凹部308的第一侧面316的部分324的长度可以是50nm。在其他示例中，第一侧面316的部分324的长度可小于50nm，并且在一些示例中，介于10nm和30nm之间。另外，底表面312的部分320的长度可介于5nm和30nm之间。在一些示例中，l形的每个部分320和324的相应厚度可以是大约5nm。

图5是根据本发明的一个实施方案的图4的写入元件300的所选部件的底(abs)视图。具体地讲，图5示出了当通过写入元件300的abs328(底部)观察时的写入极302和nft304的简化表示。写入极302包括形成在凹部(308，如图4所示)内的极基座306。如图4所示，极基座306具有l形，该极基座的第一段310在图5的底视图中示出。第一段310延伸穿过写入极302的底表面312的总长度322的部分320。底表面312的部分320靠近(或最接近)nft304，以最小化和/或防止氧化，并且从而最小化和/或防止写入极302腐蚀。另外，第一段310延伸穿过写入极302的半交叉轨道宽度332的一部分330。尽管未示出，但在图4所示的第二段314还可延伸穿过写入极302的半交叉轨道宽度332的一部分。在一个示例中，半交叉轨道宽度可介于100nm和200nm之间，并且第一段310穿过其延伸的写入极302的半交叉轨道宽度332的部分330和第二段314穿过其延伸的半交叉轨道宽度332的部分可各自介于10nm和100nm之间。

图6是根据本发明的另一个实施方案的hamr头的写入元件400的所选部件的侧视图。具体地讲，图6示出了当从写入元件400的侧面观察时的写入极402和nft404的简化表示。在一些示例中，写入元件400、写入极402和nft404可类似于图3所示的写入元件200、写入极206和nft204。写入极402包括第一侧面416、与第一侧面416相对的第二侧面418、和靠近写入元件400的abs428的底表面412。

写入极402包括形成在写入极402的凹部408内的极基座406。在图6所示的示例中，极基座406具有倒角形状并延伸穿过写入极402的底表面412的总长度422的一部分420和写入极402的第一侧面416的总长度426的一部分424。极基座406被构造成使得nft404和写入极402之间的相对距离从abs428沿着写入极402的第一侧面416减小。

倒角形状产生极基座406的直角三角形横截面，其特征在于两侧面的尺寸分别对应于部分420和424的长度，并且斜边410具有基于侧面长度的尺寸。在一个示例中，底表面412的部分420的长度可以是20nm，并且第一侧面416的部分424的长度可以是50nm，而斜边410的长度可以是54nm。在其他示例中，第一侧面416的部分424的长度可小于50nm，并且在一些示例中，介于10nm和30nm之间。另外，底表面412的部分420的长度可介于5nm和30nm之间。

图7是根据本发明的另一个实施方案的hamr头的写入元件500的所选部件的侧视图。具体地讲，图7示出了当从写入元件500的侧面观察时的写入极502和nft504的简化表示。在一些示例中，写入元件500、写入极502和nft504可类似于图3所示的写入元件200、写入极206和nft204。写入极502包括第一侧面516、与第一侧面516相对的第二侧面518、和靠近写入元件500的abs528的底表面512。

在图7所示的示例中，具有矩形形状的极基座506形成在写入极124的凹部508内。极基座506延伸穿过写入极502的底表面512的总长度522的一部分520和写入极502的第一侧面516的总长度526的一部分524。具有矩形形状的极基座506在写入极502内形成三维矩形块。

底表面512的部分520的长度对应于矩形形状的长度，而第一侧面516的部分524的长度对应于矩形形状的宽度，其中矩形形状的长度大于矩形形状的宽度。在一个示例中，矩形形状的长度(例如，底表面512的部分520的长度)可以是20nm，而矩形形状的宽度(例如第一侧面516的部分524的长度)可以是10nm。在其他示例中，矩形形状的宽度和长度可各自介于10nm和30nm之间。

图8是根据本发明的另一个实施方案的hamr头的写入元件600的所选部件的侧视图。具体地讲，图8示出了当从写入元件600的侧面观察时的写入极602和nft604的简化表示。在一些示例中，写入元件600、写入极602和nft604可类似于图3所示的写入元件200、写入极206和nft204。写入极602包括第一侧面616、与第一侧面616相对的第二侧面618、和靠近写入元件600的abs628的底表面612。

在图8所示的示例中，写入极602的凹部608作为写入极602的底表面612的沿着写入极602的第一侧面616的一部分624延伸的一部分620上的缺陷被引入。凹部608可例如通过在制造写入极602期间在凹部608处故意损坏写入极602而产生。在一个示例中，可通过改变曝光时间、剂量和/或掩模对准或者通过在沉积下一层之前不去除抗蚀剂来在光刻工艺期间引入缺陷。在一个实施方案中，凹部608具有沿着写入极602的底表面612的宽度的圆柱形状。在一个实施方案中，凹部608可填充有绝缘材料，诸如包覆材料或其他类似的材料。

底表面612的部分620的长度小于写入极602的底表面612的总长度622，并且第一侧面616的部分624的长度小于写入极602的第一侧面616的总长度626。在一个示例中，形成凹部608的底表面612的部分620的长度可以是20nm，并且形成凹部608的第一侧面616的部分624的长度可以是50nm。在其他示例中，第一侧面616的部分624的长度可小于50nm，并且在一些示例中，介于10nm和30nm之间。另外，底表面612的部分620的长度可介于5nm和30nm之间。

图9是根据本发明的另一个实施方案的hamr头的写入元件700的所选部件的侧视图。具体地讲，图9示出了当从写入元件700的侧面观察时的写入极702和nft704的简化表示。在一些示例中，写入元件700、写入极702和nft704可类似于图3所示的写入元件200、写入极206和nft204。写入极702包括第一侧面716、与第一侧面716相对的第二侧面718、和靠近写入元件700的abs728的底表面712。

在图9所示的示例中，写入极702的凹部708被引入在写入极702的底表面712的沿着写入极702的第一侧面716的一部分724延伸的一部分720上。在图9所示的示例中，凹部708具有倒角形状，其被构造成使得nft704和写入极702之间的相对距离从abs728沿着写入极702的第一侧面716减小。

底表面712的部分720的长度小于写入极702的底表面712的总长度722，并且第一侧面716的部分724的长度小于写入极702的第一侧面716的总长度726。在一个示例中，形成凹部708的底表面712的部分720的长度可以是20nm，并且形成凹部708的第一侧面716的部分724的长度可以是50nm。在其他示例中，第一侧面716的部分724的长度可小于50nm，并且在一些示例中，介于10nm和30nm之间。另外，底表面712的部分720的长度可介于5nm和30nm之间。

图10是根据本发明的另一个实施方案的hamr头的写入元件800的所选部件的侧视图。具体地讲，图10示出了当从写入元件800的侧面观察时的写入极802和nft804的简化表示。在一些示例中，写入元件800、写入极802和nft804可类似于图3所示的写入元件200、写入极206和nft204。写入极802包括第一侧面816、与第一侧面816相对的第二侧面818、和靠近写入元件800的abs828的底表面812。

在图10所示的示例中，写入极802的凹部808被引入在写入极802的底表面812的沿着写入极802的第一侧面816的一部分824延伸的一部分820上。在图10所示的示例中，凹部808具有倒角形状，其被构造成使得nft804和写入极802之间的相对距离从abs828沿着写入极802的第一侧面816减小。底表面812的部分820的长度小于写入极802的底表面812的总长度822，并且第一侧面816的部分824的长度小于写入极802的第一侧面816的总长度826。

另外，写入极802还包括在写入极802的倒角边缘814上与凹部808相邻的保护性层810。保护性层810用比写入极802耐腐蚀的材料涂覆倒角边缘814。例如，保护性层810可包括由非磁性材料制成的材料，诸如贵金属或者rh、ru、ir、au或pt的合金。保护性层810还可沿着写入极802的底表面812的与abs328相邻的至少附加部分830延伸，以提供对nft804的加热的进一步保护。在一些示例中，写入极802的底表面812的部分820和附加部分830的组合可小于写入极802的底表面812的总长度822。

图11是根据示例性实施方案示出用于不同形状和高度的极基座的写入场强度分析结果的表900。在表900中，将不具有凹部的写入极(wp_正常)的磁场强度与具有各种形状和高度(例如，从abs延伸并靠近nft的第一侧面的凹陷部分的长度)的凹部的写入极的磁场强度进行比较。磁场强度以安培/米(a/m或h)为单位测量，并且表900示出了具有凹部的各种写入极的磁场强度值与wp_正常的磁场强度的百分比变化，其中wp_正常的磁场强度归一化为零。

具体地讲，表900针对正常写入极(wp_正常)、具有l形极基座的写入极(wp_l形)、具有倒角极基座的写入极(wp_倒角)、具有高度为10nm的矩形形状的极基座的写入极(wp_rect_h10)、具有高度为20nm的矩形形状的极基座的写入极(wp_rect_h20)以及具有高度为30nm的矩形形状的极基座的写入极(wp_rect_h30)中的每一者，比较下行轨道方向(h下行(oe))上的磁(写入)场强度、垂直方向(hperp(oe))上的写入场强度、磁层(hmag(oe))上的写入场强度以及45度写入角(hang(度))处的写入场强度。

wp_l形可对应于例如图4所示的极基座构造。wp_倒角可对应于例如图6所示的极基座构造。wp_rect可对应于例如图7所示的极基座构造。

从表900中可以看出，在极尖前缘中引入非磁性极基座导致极基座构造中每一个极基座构造的写入场强度的性能损失。场损失是由于从极尖前缘移除磁性材料并且写入极写入固定位置(例如，朝向nft的20nm下行轨道)。

在表900所示的示例中，wp_l形和wp_rect_h10导致大约6％的场损失，而wp_倒角、wp_rect_h20和wp_rect_h30导致大约12％的场强度的最大降级。因此，对应于wp_l形和wp_rect_h10的极基座产生最低的写入场强度损失。这样，利用l形极基座(例如，具有如上结合图4所描述的尺寸)或具有较薄(例如，10nm)高度的矩形极基座可导致写入极具有最佳性能。

图12是根据本发明的一个实施方案的用于制造hamr头的写入元件的过程1000的流程图。在特定实施方案中，过程1000可用于制造图1至图10中任一者的hamr头的写入元件。写入元件可被制造成包括写入元件和读取元件两者的hamr头的一部分。

该过程首先在框1002中提供波导。波导可包括例如由包覆层围绕的芯。芯和包覆层中的每一者可由介电材料制成，诸如al2o3、sioxny、sio2、ta2o5、tio2或其他介电材料。芯的折射率可被选择成大于包覆层的折射率，以通过波导的芯从激光器将光导向。

然后该过程在框1004中提供近场换能器(nft)。nft可靠近写入元件hamr头的空气轴承表面(abs)定位。在一个实施方案中，nft可由低损耗金属制成，诸如au、ag、al、cu或它们的组合，并且可成形以在写入元件的写入操作期间经由abs将热能集中并朝磁介质导向。

然后该过程在框1006中提供写入极。写入极可由高阶矩磁性材料制成，诸如feco、cofeni及其他类似的材料。写入极还可包括靠近abs118的底表面、靠近nft的第一侧面、和与第一侧面相对的第二侧面。

然后该过程在1008处形成写入极的凹陷部分。凹陷部分从写入极的底表面的一部分沿着写入极的靠近nft的第一侧面的一部分延伸，其中底表面的部分小于底表面的总长度，并且第一侧面的部分小于第一侧面的总长度。在一个实施方案中，凹部可包括极基座，该极基座由耐腐蚀的材料形成。在其他实施方案中，可通过在写入极的底表面的沿着写入极的第一侧面的部分延伸的部分上引入缺陷来形成凹部。

在一个实施方案中，该过程可以不同的顺序执行动作序列。在另一个实施方案中，该过程可跳过动作中的一个或多个动作。在其他实施方案中，同时执行动作中的一个或多个动作。在一些实施方案中，可执行附加动作。例如，在一个方面，该过程可包括制造图1至图10中任一项的hamr头的写入元件所需的任何附加动作。

虽然以上描述包含本发明的许多具体实施方案，但这些不应被解释为对本发明的范围的限制，而是作为其具体实施方案的示例。因此，本发明的范围不应由所示出的实施方案确定，而应由所附权利要求及其等同物确定。

上述各种特征和过程可彼此独立地使用，或者可以各种方式进行组合。所有可能的组合和子组合都旨在落入本公开的范围内。另外，在一些实施方式中，可省略某些方法、事件、状态或过程块。本文描述的方法和过程也不限于任何特定序列，并且与其相关的块或状态可以适当的其他序列执行。例如，所描述的任务或事件可以不同于具体公开的顺序执行，或者多者可在单个块或状态中进行组合。示例性任务或事件可串行、并行或以某种其他合适的方式执行。可向所公开的示例性实施方案添加任务或事件，或者可从所公开的示例性实施方案移除任务或事件。本文描述的示例性系统和部件可与所描述的不同地构造。例如，与所公开的示例性实施方案相比，可添加、移除或重新布置元件。