专利名称：热辅助垂直磁记录系统以及磁头的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种热辅助磁记录(TAMR)系统，其中在磁记录层处于升高温度的同时写入数据，并且更具体地涉及一种用于进行垂直记录的TAMR系统和一种带有电阻加热器的TAMR磁头。
背景技术：
磁记录硬盘驱动器使用被支持在旋转致动器臂的端部上的薄膜感应式写入磁头，以在旋转磁盘的记录层中记录数据。所述写入磁头被形成在磁头载体的后表面上，该载体例如是带有空气承载表面(ABS)的滑块，其中所述空气承载表面允许滑块坐在旋转磁盘的表面上方的空气薄层上。所述写入磁头是电感式磁头，带有位于磁轭的磁极之间的薄膜电圈。当写入电流被供送至所述电圈时，磁极尖端会形成跨一个间隙的局部磁场，该磁场对磁盘上的记录层中的某些区域进行磁化，从而使得磁化区域中的磁矩被定向到两个单独方向中之一。磁化区域之间的过渡代表两种磁状态或者二进制数据位。市售磁盘驱动器使用水平或者纵向记录操作，其中磁化区域的磁矩被“纵向”定位于记录层所在的平面内。
对用于磁盘上的记录层的磁材料(或者介质)加以选择，使其具有足够的矫顽磁力，以便使得磁化后的数据位得以精确写入，并且保持它们的磁状态，直至被新的数据位改写。数据位被按照磁化状态的顺序写入，来在驱动器中存储二进制信息，并且利用读出磁头读取记录的信息，其中所述读出磁头能够感知由记录的数据位发出的杂散磁场。磁阻式(MR)读出磁头包括基于各向异性磁阻(AMR)的磁头；基于巨磁阻(GMR)的磁头，例如旋阀式GMR磁头；以及，新近出现的磁隧道(magnetic tunneling)磁头，例如磁隧道结式(MTJ)磁头。所述写入磁头和读出磁头均通过滑块上的ABS保持贴近磁盘表面，所述ABS被设计成能够使得所述滑块随着磁盘在该滑块下方旋转而在磁盘表面上“飞行”。在最近提出的磁盘驱动器中，所述写入磁头或者支撑写入磁头的垫片可以与磁盘物理接触，从而使得在所述写入磁头上的所述区域不存在空气承载。
区域性数据密度(可以被记录在磁盘的单位表面面积上的比特数目)此时接近这样一种情况，即组成数据位的磁颗粒如此小，以致于它们可以简单地利用被磁化的比特内的热不稳定性或者热扰动而得以退磁(所谓的“超顺磁”效应)。为了避免存储磁的热不稳定性，每个颗粒中所存储磁能KUV与热能kBT的最小稳定比率KUN/kBT将必须大于60，其中KU和V分别是磁晶各向异性和磁切换体积，并且kB和T分别是玻尔兹曼常数和绝对温度。因为需要每比特磁材料的最小数量的颗粒来防止不可接受的介质干扰，所以将不得不减少切换体积V，而因此将不得不增加KU来进一步缩减比特大小。然而，增加KU也增加了切换磁场H0，其与比率KU/MS成比例，其中MS是饱和磁化强度(每单位体积的磁矩)。(切换磁场是需要用于使磁化强度方向反向的磁场，其对于大部分磁性材料来说是非常接近但稍微比材料的矫顽磁力或矫顽磁场HC大。)显然，H0不能超出记录磁头的写入磁场容量，目前对于纵向记录其限制为大约9kOe，而对于垂直记录其限制为大约15kOe。
由于已知记录层的磁性材料的矫顽磁力是依赖于温度的，所以对于热稳定性问题的一个设想方案是热辅助磁记录(TAMR)，其中在写入期间局部加热磁性材料以接近或高于其居里温度(Curie temperature)，以充分降低矫顽磁力来用于发生写入，但其中在磁盘驱动器的外界环境温度(即，正常工作状态或“室”温)下，矫顽磁力/各向异性对所记录的比特的热稳定性足够高。已提出了几种TAMR方法，主要用于纵向记录。
提出“宽范围”加热器来加热比要记录的数据磁道宽的磁盘的区域。宽范围的加热器相对易于在常规记录磁头结构中实现，并且具有能非常有效加热数据磁道的额外优势，并因此使用于给定所需介质温度的加热器温度最小化。具有宽范围加热器的TAMR系统包括使用激光器或紫外灯来进行加热的系统，如以下所介绍的，在“超高密度数据记录”IBM TechnicalDisclosure Bulletin，卷39，No.7，1996年7月，第237页；“热辅助磁记录”IBM Technical Disclosure Bulletin，卷40，No.10，1997年10月，第65页；以及美国专利US5,583,727和5,986,978。具有宽范围加热器的一个问题是相邻磁道干扰(ATI)。由于还加热了相邻的磁道，来自写入磁头的偏离磁场能擦除预先记录在相邻磁道中的数据。并且，即使不存在磁场，在高于外界环境温度加速了相邻磁道中的热衰减速率并由此可能出现数据丢失。
对于ATI问题的一种提议方案是仅加热数据磁道的“小范围”加热器。美国专利US6,493,183介绍了一种TAMR磁盘驱动器，还用于纵向记录，其中写入磁头包括位于在磁极尖端之间的写入间隙中的电阻加热器，来用于仅局部加热数据磁道。小范围电阻加热器的缺点是，由相对低效的热转移引起需要达到理想介质温度的加热器温度非常高。
而直到目前，仅纵向磁记录已成功商业化，垂直磁记录已广泛研究并提出作为朝超高记录密度发展的理想途径。在垂直记录中，使已磁化区域的磁矩定向垂直于记录层的平面。大部分普通类型的垂直磁记录系统是一种使用“探针”或具有“双层”磁记录磁盘的单个磁极型(SPT)写入磁头的系统。双层磁盘具有垂直磁记录数据层，其形成在磁性(软)或相对低的矫顽磁力的磁可渗透性底层上，底层用作用于来自SPT磁头的写入磁场的磁通量返回路径。
垂直磁记录提供了磁性软、可渗透的底层有效增加可从写入磁极得到的写入磁场的优势，从而允许利用具有更高矫顽磁力/各向异性的磁记录介质，以由此耐磁化强度衰减的更高稳定性。然而，最终还通过超顺磁性效应限制了垂直磁记录。
为了改善存储技术，尤其超过纵向和垂直记录限制的区域比特密度，需要能解决ATI问题并提供垂直磁记录的额外优势的TAMR系统、尤其是TAMR磁头。
发明内容
本发明是一种热辅助垂直磁记录磁头和系统。该磁头包括用于在垂直磁记录层中产生磁写入磁场的写入磁极、用于加热存在写入磁场的记录层的电阻加热器、以及返回磁极。写入磁极具有基本限定要记录在记录层中的数据磁道的宽度的磁极尖端宽度。电阻加热器是比数据磁道宽并加热数据磁道和相邻的磁道的“宽范围”加热器，但因为由磁屏蔽提供的磁场限制引起的在相邻磁道中的磁场小于所需的写入磁场，所以热辅助磁记录仅仅出现在数据磁道中。
热辅助垂直磁记录系统可以是具有记录磁盘的磁盘驱动器，记录磁盘具有可磁渗透的底层和在底层上的垂直磁层。来自写入磁极的磁通量穿过磁盘底层提供的磁通量返回路径并通过返回磁极返回。
磁屏蔽可以包括具有位于写入磁极尖端的相对侧面上的端的侧面屏蔽和具有与写入磁极尖端分开的端的推进屏蔽。侧面屏蔽和推进屏蔽可以分开或连接。屏蔽还可以连接到返回磁极以提供磁通量返回路径。
为了更充分理解本发明的特征和优势，将参考结合附图一起的下列详细的说明。
图1是从记录介质中所看到的、根据本发明的TAMR磁头的视图，并示出了写入磁极、屏蔽和电阻加热器；图2是图1的整个平面AA中的磁头的截面图，并描绘出TARM磁头与磁记录截止的工作关系；图3是图1和2中所描绘的磁头的一部分的透视图，并更好地示例出写入磁极、屏蔽和电阻加热器之间的结构关系。
具体实施例方式
图1是从记录介质中所看到的本发明的记录磁头10的示例说明。磁头10包括形成在磁头载体的推进表面(trailing surface)11上的一系列薄膜和结构。磁头载体具有通常垂直于推进表面11定向的面对记录层的表面12。在磁盘驱动器实施例中，磁头载体是空气承载滑块，表面11是其上形成薄膜的滑块的一端，表面12是滑块的ABS。ABS12是滑块的面对记录层的表面，滑块面对磁盘并且没有示出一般出现在现实的滑决中的薄保护涂层。面对记录层的表面指代覆盖有薄保护涂层的磁头载体的表面、如果没有涂层则是磁头载体的实际外表面、或涂层的外部表面。术语“基本在面对记录层的表面处”指代实际位于表面处或轻微从表面内凹。
图2是图1中的整个平面AA的截面图，并且还示出了记录介质、即磁盘40的一部分。磁盘40包括基板42、底层44和垂直磁记录层46。底层44可以是适合作为磁性渗透的磁通量返回路径的任何合金材料，例如NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、CoFeB和CoZrNb。记录层46可以是具有垂直的磁各向异性的介质，例如生长在特殊的生长增强子层上的钴-铬(CoCr)合金粒状层、或Co和铂(Pt)或钯(Pd)的膜的交替膜的多层。
由于很难示出非常小的特征，所以这些附图和下面所描绘的其他图将不按比例。图1和2中未画阴影的区域表示绝缘材料，通常为氧化铝。
记录磁头10包括磁阻读取磁头60和具有主或写入磁极20的垂直写入磁头。写入磁极20具有磁极尖端21。写入磁极尖端21的宽度基本上限定了记录层46中数据磁道的磁道宽度TW。图1中的虚线表示数据磁道22的侧面。写入磁极20引导磁通量24垂直于(即，图1中“在纸以外”)记录层46，以对数据磁道中的磁性区域进行记录或“写入”操作。被记录的区域(例如图2中的区域27、28和29)之间的过渡表示用读取磁头60所读取的数据位。磁阻读取磁头60及其屏蔽S1和S2可以位于写入磁头的任一侧上，也就是，读取磁头及其屏蔽可以在写入磁头之前或之后制作在推进表面11上。由于记录介质相对于磁头10的方向23，所以表面11被称为推进表面。表面11位于磁头载体的一端，因此当记录介质相对于磁头10移动时，数据位首先通过读取磁头60而后通过写入磁极尖端21。方向23由此被称为下向磁道方向，垂直于下向磁道方向(并且平行于磁道宽度TW)的方向被称为贯通磁道方向。
写入磁头还包括具有基本在记录层表面处的一端的磁通量返回磁极26、写入磁极20和返回磁极26之间的电线圈25(图2)、和铁磁屏蔽结构30。在2003年9月30日申请并指定与本申请同一申请人的共同待审申请序号No.10/676,742中，详细介绍了屏蔽结构30作为用于常规SPT垂直记录磁头的屏蔽。屏蔽30由软铁磁材料形成，例如透磁合金(NiFe)、CoFe或NiFeCo，并且包括从写入磁极尖端21向下的推进屏蔽31和跨过写入磁极尖端21的侧面屏蔽32、34。屏蔽31、32、34均具有基本在面对记录层的表面处的端。侧面屏蔽32、34分别通过螺栓(stud)36、38连接到返回磁极26，并也由软铁磁材料形成。屏蔽30邻近写入磁极尖端21的三个侧面，并以这种方式基本包围写入磁极尖端21。通过绝缘间隙51将推进屏蔽31与写入磁极尖端21分开，并且分别用绝缘间隙52、54使侧面屏蔽32、34与写入磁极尖端21分开。
磁头10还包括由相对高电阻率材料形成的电阻加热器70，例如类似石墨的碳、铝(Al)、铬(Cr)、镍铬合金(NiCr)、钽(Ta)或钛(Ti)。还提出化学无序的CrV合金作为电阻加热器，如在指定与本申请同一申请人的待审专利序号No.10/426,748中所描绘的。加热器70通过引线72、74连接到加热器控制电路，引线72、74一般由高导电率材料形成，例如铜(Cu)、金(Au)或铑(Rh)。加热器具有基本在面对记录层的表面处的边缘，即，其可以直接设置在边缘或用于防腐蚀轻微凹陷，以避免表面处大的电势。加热器70的边缘的宽度比磁道宽度TW宽，因此其被称为“宽范围”加热器。
图3是磁头10的一部分的透视图，并示出屏蔽30、具有磁极尖端21的写入磁极20和电阻加热器70之间的关系。
现在将说明磁头的工作方式。当磁道22中的记录层46的一部分通过方向23时，加热器70加热比磁道22宽的记录层的区域，如热流量线76所表示的(图2)。这升高了记录层46的温度，以由此降低记录层46中的铁磁材料的矫顽磁性。磁写入磁场是由穿过线圈25的写入电路所产生的并通过写入磁极尖端21定向垂直于记录层46，如磁通量线24所示(图2)。在写入磁场比记录层的切换磁场H0大的记录层46的所有部分中将改变磁化强度。然而，由于屏蔽30，写入磁场将比仅在磁道22内的区域中的记录层的H0大。屏蔽30引导磁通量远离相邻磁道，并且基本限制了要写入的磁道的写入磁场。因此，即使宽范围加热器70具有相连的加热磁道，并且使它们易于被写入，要露出相邻磁道的磁场不足以改变相邻磁道中的磁化强度。因此不擦除预先记录在相邻磁道中的数据。
用具有确定材料和尺寸的磁头-磁盘组合的例子可以更好地理解工作方式。在该例中，写入磁极尖端由NiFeCo形成，并且对于100nm的磁迹间距具有75nm的宽度，如所需要，例如用于300Gbit/in2的区域记录密度。在记录层的中心处写入磁场为14kOe。屏蔽为透磁合金，并通过50nm宽的绝缘间隙与写入磁极尖端隔开，间隙材料为氧化铝。电阻加热器由30nm厚、1μm高和6μm宽的CrV形成。记录层由具有易垂直于膜平面的轴的CoPtCr形成。CoPtCr介质具有用于一般的磁强测量时间量程(10s)的7.2kOe和用于一般的写入时间(1ns)的10kOe的室温矫顽磁力。写入磁头和记录层之间的间隔为10nm。为了在磁道中写入，50mA的电流通过加热器以升高大约40磁道的区域中的记录层的温度到大约80℃，由此按磁强测量时间帧将切换磁场降低到大约5.5kOe，以及写入速度为8kOe。屏蔽限定来自写入磁极的磁通量，使得紧邻磁道内的磁场为大约1.5kOe，其小于在使用没有屏蔽的磁头时的相邻磁道中得到的磁场的一半。因此仅在直接位于写入磁头下面的磁道中写入数据。
所示并所述的实施例具有作为包围写入磁极尖端21的单片结构的屏蔽30。然而，磁头可以包括仅一个推进屏蔽、仅一对侧面屏蔽、或二者基本包围磁头而用绝缘材料与另一个间隔开并分开的背向和侧面屏蔽。并且，介绍了用螺栓36、38使屏蔽30连接到返回磁极26，使得磁通量返回路径也穿过屏蔽，如图1中的磁通量线所示。然而，推进屏蔽和侧面屏蔽不必连接到返回磁极。
按非接触关系已示出磁头10和磁盘40，如在用空气承载滑块的磁盘驱动器中。但是基本位于面对记录层的表面处的磁头、或至少一个磁头元件也可以制作成与磁盘物理接触的磁头载体的部分、或在从仅具有与磁盘接触的衬垫的磁头载体中伸出的衬垫中。
当参考优选实施例具体示出并介绍了本发明时，本领域的技术人员应明白在不脱离本发明的主旨和范围的情况下可以在形式和细节上做出各种改变。因此，所公开的发明将认为仅仅为示范性的并限制在仅指定在附加权利要求中的范围内。
权利要求
1.一种用于在垂直磁记录层的磁道中热辅助记录的磁头，包括具有面对记录层的表面和推进表面的磁头载体；在推进表面上的、用于引导磁通量基本垂直于记录层的写入磁极，写入磁极具有基本位于面对记录层的表面处的磁极尖端，写入磁极尖端的宽度基本对应于磁道宽度；在推进表面上的、并具有基本位于面对记录层的表面处的端的铁磁材料屏蔽，该屏蔽基本包围写入磁极尖端，并基本限定出从写入磁极尖端到磁道宽度的磁通量；以及在推进表面上的、导电材料的电阻加热层，其用于在存在来自写入磁极的磁通量的条件下加热记录层，该加热层具有基本在面对记录层的表面处并比写入磁极尖端宽度宽的边缘，从而加热比磁道宽的记录层的区域，而仅在磁道中出现热辅助磁记录。
2.如权利要求1的磁头，其中，所述屏蔽包括位于写入磁极的相对侧面上的侧面屏蔽，每个侧面屏蔽具有与写入磁极尖端的一侧分开的一端。
3.如权利要求1的磁头，其中，所述屏蔽包括具有与写入磁极尖端分开的一端的推进屏蔽。
4.如权利要求1的磁头，其中，所述屏蔽包括位于写入磁极的相对侧面上的侧面屏蔽，以及连接到侧面屏蔽上并具有与写入磁极尖端分开的一端的推进屏蔽，每个侧面屏蔽具有与写入磁极尖端的一侧分开的一端。
5.如权利要求3的磁头，其中，所述写入磁极尖端位于所述加热层边缘和推进屏蔽端之间。
6.如权利要求1的磁头，还包括在推进表面上、并具有基本在面对记录层的表面处的一端的返回磁极，该返回磁极磁耦合到写入磁极，用于提供用于来自记录层的磁通量的返回路径。
7.如权利要求6的磁头，其中，所述屏蔽连接到所述返回磁极，由此将来自记录层的磁通量从屏蔽引导向所述返回磁极。
8.如权利要求6的磁头，其中，所述加热层边缘位于写入磁极尖端和返回磁极端部之间。
9.如权利要求6的磁头，还包括位于所述写入磁极和返回磁极之间的导电线圈，用于当电流通过线圈时在写入磁极中产生磁通量。
10.如权利要求1的磁头，其中，所述磁头载体是具有作为面对记录层的表面的空气承载表面的空气承载滑块。
11.如权利要求1的磁头，还包括在所述推进表面上的磁阻读取传感器。
12.一种用于在具有垂直磁记录层的磁盘的磁道中记录数据的热辅助垂直磁记录磁头，所述磁头包括具有用作面对记录层的表面的空气承载表面和推进表面的空气承载滑块；在推进表面上的、用于基本引导磁通量垂直于记录层的写入磁极，写入磁极具有基本位于面对记录层的表面处的磁极尖端，写入磁极尖端具有基本对应磁道宽度的宽度；在推进表面上的、并具有基本位于面对记录层的表面处的端的铁磁材料的屏蔽，该屏蔽基本包围写入磁极尖端，并基本限定出从写入磁极尖端到磁道宽度的磁通量；在推进表面上的、并具有基本位于面对记录层的表面处的端的返回磁极，该返回磁极磁耦合到写入磁极，提供用于来自记录层的磁通量的返回路径；以及在写入磁极尖端和返回磁极之间的推进表面上的、导电材料的电阻加热层，在存在来自写入磁极的磁通量的条件下用于加热记录层，该加热层具有基本在面对记录层的表面处并比写入磁极尖端宽度宽的边缘，从而加热比磁道宽的记录层的区域，而仅在磁道中出现热辅助磁记录。
13.如权利要求12的磁头，其中，所述屏蔽包括位于写入磁极的相对侧面上的侧面屏蔽，每个侧面屏蔽具有与写入磁极尖端的一侧分开的一端。
14.如权利要求12的磁头，其中，所述屏蔽包括具有与写入磁极尖端分开的一端的推进屏蔽。
15.如权利要求12的磁头，其中，所述屏蔽包括位于写入磁极的相对侧面上的侧面屏蔽，以及连接到侧面屏蔽上并具有与写入磁极尖端分开的一端的推进屏蔽，每个侧面屏蔽具有与写入磁极尖端的一侧分开的一端。
16.如权利要求12的磁头，其中，所述屏蔽连接到返回磁极，由此将来自记录层的磁通量从所述屏蔽引导向所述返回磁极。
17.如权利要求12的磁头，还包括位于写入磁极和返回磁极之间的导电线圈，用于当电流通过线圈时在写入磁极中产生磁通量。
18.如权利要求12的磁头，还包括位于所述推进表面上的磁阻读取传感器。
19.一种热辅助垂直磁记录磁盘驱动器，包括包括基板、基板上的可磁渗透的底层和底层上的磁记录层的垂直磁记录盘，该记录层在磁道中存储记录的数据，并具有垂直的磁各向异性；保持在磁盘表面附近、并具有用作面对记录层的表面的空气承载表面和推进表面的空气承载滑块；在推进表面上的、引导磁通量基本垂直于记录层的写入磁极，写入磁极具有基本位于面对记录层的表面处的磁极尖端，当磁盘相对滑块移动时写入磁极尖端具有基本限定数据磁道宽度的宽度；在推进表面上的、并具有基本位于面对记录层的表面处的端的铁磁材料的屏蔽，该屏蔽基本包围写入磁极尖端，并基本限定出从写入磁极尖端到磁道宽度的磁通量；在推进表面上的、并具有基本位于面对记录层的表面处的端的返回磁极，该返回磁极磁耦合到写入磁极，提供用于来自记录层的磁通量的、穿过记录层和底层的返回路径；在写入磁极和返回磁极之间的导电线圈，用于当电流通过线圈时在写入磁极中产生磁通量；在写入磁极和返回磁极之间的推进表面上的、导电材料的电阻加热层，用于在存在来自写入磁极的磁通量的条件下加热记录层，该加热层具有基本在面对记录层的表面处并比写入磁极尖端宽度宽的边缘，从而加热比磁道宽的记录层的区域，而仅在磁道中出现热辅助磁记录；以及在推进表面上的、用于读取存储在数据磁道中的数据的磁阻读取传感器。
20.如权利要求19的磁盘驱动器，其中，所述屏蔽包括位于写入磁极的相对侧面上的侧面屏蔽，每个侧面屏蔽具有与写入磁极尖端的一侧分开的一端。
21.如权利要求19的磁盘驱动器，其中，所述屏蔽包括具有与写入磁极尖端分开的一端的推进屏蔽。
22.如权利要求19的磁盘驱动器，其中，所述屏蔽包括位于写入磁极的相对侧面上的侧面屏蔽，以及连接到侧面屏蔽上并具有与写入磁极尖端分开的一端的推进屏蔽，每个侧面屏蔽具有与写入磁极尖端的一侧分开的一端。
23.如权利要求19的磁盘驱动器，其中，所述屏蔽连接到返回磁极，从而将来自记录层的磁通量从屏蔽引导向所述返回磁极。
24.如权利要求19的磁盘驱动器，其中，所述磁阻读取磁头位于所述滑块推进表面和所述写入磁极之间，垂直于推进表面从读取磁头到写入磁极的方向为下向磁道方向。
全文摘要
本发明公开一种热辅助垂直磁记录磁头，包括用于在垂直磁记录层中产生磁写入磁场的写入磁极尖端、将写入磁场基本限定到要记录的数据磁道的磁屏蔽、用于在存在写入磁场的条件下加热记录层的电阻加热器、以及返回磁极。该写入磁极尖端宽度基本限定出数据磁道宽度，并基本被磁屏蔽包围。屏蔽可以包括具有位于写入磁极尖端的相对侧面上的端的侧面屏蔽和具有与写入磁极尖端分开的端的推进屏蔽。电阻加热器比数据磁道宽并加热数据磁道及其相邻磁道，但因为在相邻磁道中限定出的磁场小于所需的写入磁场，所以热辅助磁记录仅仅出现在数据磁道中。
文档编号G11B5/39GK1661678SQ200510003638
公开日2005年8月31日 申请日期2005年1月10日 优先权日2004年2月27日
发明者布鲁斯·D·特里斯, 简-乌尔里克·蒂勒 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司