专利名称：热辅助记录头的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄膜磁写头结构。更具体而言，本发明涉及用于热辅助双梯
度记录(dual gradient recording)的薄膜写头结构，其中部分磁写极集成到 光学孔(optical aperture )的结构中，该孔用作脊波导近场光源。
背景技术：
对用于例如硬盘驱动器的磁介质中的更高存储位密度的不断追求已经 使数据单元的尺寸(体积)减小到单元尺度受^ 兹材料晶粒尺寸限制的程度。 尽管晶粒尺寸可进一步减小，但是存在存储于单元中的数据不再热稳定的担 忧，因为环境温度的随机热波动足以擦除数据。该状态描述为超顺磁极限， 这决定了给定磁介质的理论最大存储密度。该极限可通过增加磁介质的矫顽 力或降低温度而提高。当设计硬盘驱动器以用于商业和消费者用途时，降低 温度不是实际可行的选择。提高矫顽力是实际可行的方案，但要求采用更高 磁矩材料的写头或者诸如垂直记录的技术(或两者)。
已经提出了另一解决方案，其采用热来降低磁介质表面上局部区域的有 效矫顽力；用宽泛的磁场在该被加热区域内写数据；以及通过冷却介质到环 境温度"固定"数据状态。该技术广泛地称为"热辅助(磁)记录"、TAR 或TAMR。该技术可应用到纵向和垂直记录系统两者，尽管当前技术水平的 最高密度存储系统更可能是垂直记录系统。介质表面的加热通过各种技术实 现，例如聚焦激光束或近场光源。
图6 (现有技术)是对于常规热辅助记录，作为介质上的位置的函数的 场强H的曲线图600。光源投射到介质表面上，产生加热区域608。在该区 域内，介质的矫顽力Hk根据曲线602改变，其中最低矫顽力出现在加热区 域608内最热的点。围绕加热区域是所施加的磁场，即强度Heff曲线604。
尽管宽泛的场Heff决定正被写入的数据位的值，但是该数据直到介质温度降
低到特定值(在该值处Hk-H近，即记录点606)之下才"固定"到介质上。 对于现有技术水平的高密度记录应用，必须尽可能精确地知道该记录点的位置。这可部分地通过尽可能减小加热区域的尺寸来实现，但每个》兹晶粒(或 团簇)的磁和热属性的变化仍可能导致预期磁转变位置与实际位置之间的差 异。该位置"跳动"在以后会产生数据误差。 因此，需要用于热辅助记录的改进方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有集成光源的薄膜磁头，该薄膜磁头包
括写极，该写极包括上极层、上极尖和上极唇(lip);近场光源，包括导 电金属膜，C孔形成在该导电金属膜中，该C孔包括具有脊的矩形孔，该脊 从该导电金属膜的第一部分延伸到该矩形孔中，该导电金属膜的第二部分包 含所述上极唇，所述上极唇构成该矩形孔的与脊相反的边界的至少一部分； 以及光波导，用于近场光源的光照。
本发明的另一目的是提供一种具有集成光源的薄膜^f兹头，该薄膜石兹头包 括写极，该写极包括上极层、上极尖、上极唇和磁阶梯层，该磁阶梯层接 触该上极尖和该上极唇；近场光源，包括导电金属膜，C孔形成在该导电金 属膜中，该C孔包括具有脊的矩形孔，该脊从该导电金属膜的第一部分延伸 到该矩形孔中，该导电金属膜的第二部分包含该上极唇，该上极唇构成该矩 形孔的与脊相反的边界的至少一部分；以及光波导，用于近场光源的光照。
当考虑下面对本发明的详细说明时，本发明将得到更好理解。参照附图
进行这样的说明，附图中
图la是根据本发明一实施例的包括集成C孔近场光源的薄膜垂直写头
设计的部分剖视图；.
图lb是根据本发明一实施例的图la中的细节101的部分放大剖视图； 图2是根据本发明一实施例的图la的垂直写头设计的部分平面图； 图3是根据本发明一实施例的图la的垂直写头设计的部分气垫面视图； 图4是才艮据本发明一实施例的具有窄的写极唇116的集成C孔118的部
分放大气垫面视图5是根据本发明一实施例的具有宽的写极唇116的集成C孔118的部
分放大气垫面视图；图6 (现有技术)是对于常规热辅助记录，作为介质上位置的函数的场 强H的曲线图；以及
图7是对于根据本发明一实施例的双梯度热辅助记录，作为介质上位置 的函数的场强H的曲线图。
具体实施例方式
在常规热辅助记录系统中，如图6 (现有技术)所示，宽泛成形的磁场 加在光学装置产生的亚100nm尺寸的加热区域上。加热区域的受限尺寸防止 数据的跨道写入，但是在磁介质上正被写入的数据的沿道位置方面留下一些 不确定性。这部分地是由于盘中光学吸收分布的形状和盘中横向及纵向的热 传导导致的有限热梯度。热梯度的幅度越大，"固定"数据的位置被越精确 地确定，如图6所示。随着存储密度持续增大且数据单元变得更小，需要减 小"固定"数据的位置上的任何"跳动(jitter)"。本发明的一个目的是通过 实现双梯度热辅助记录来提供改善数据记录的实施方式。例如图6中的曲线 604表示的宽泛成形的磁场被在记录点具有更陡峭的梯度的磁场代替，从而 更精确地定位介质上数据单元变成"固定"的点。这一概念示于图7。图7 是对于根据本发明一实施例的双梯度热辅助记录，作为介质上位置的函数的 场强H的曲线图700。曲线702表示加热区域708内的介质的头斧顽力Hk。曲 线704表示所施加的由写极产生的磁场Heff。该极设计为在记录点706的位 置附近产生陡峭下降的场梯度，在沿道方向上曲线702和704在记录点706 处交叉。增大的磁场梯度减小了热和磁变量对记录点位置的影响，因而改善 了数据单元位置的精度。
然而，在现有技术装置中还没有实现这样的磁场梯度，因为这要求热源 和写极尖之间非常接近的定位。通常，这难以实现，原因在于，由于磁结构 的尺寸和形状以及这些结构对光功率的吸收，所以与孔近场光源非常接近地 构建极尖减小了孔的光效率。通过以不显著降低C孔的效率的方式将部分;兹 写极尖集成到C孔近场光源的结构中，本发明克服了这些困难。
图la是根据本发明一实施例的包括集成C孔近场光源的薄膜垂直写头 设计的部分剖视图100。为了简化和明了所呈现的结构，省略了间隔层、绝 缘层和写线圏层。写头包括下返回^f及层102、背间隙层104、上返回极层106、 上极尖层108。下返回极层102也可在ABS处具有下极尖(未示出)。层IIO是光波导芯，由包层(cladding layer) 112围绕。层110和112延伸通过至 少一部分背间隙层104。细节101示于图lb的放大图中。线圈层(未示出) 以及各种绝缘和间隔层(未示出)将存在于由ABS、背间隙104、下返回极 102和上边界层106、 108和112界定的空间中，如本领域4支术人员所了解的 那样。层102、 104、 106和108由合适的磁合金或磁材料构成，包括Co、 Ni和Fe。层110由合适的光传导材料构成，优选地为丁&205和/或Ti02。如 图所示，芯层IIO沿其长度具有近似一致的横截面。如本领域公知的，光波 导可具有多种其它可行设计，包括沿波导长度具有非一致的芯横截面的平面
固态^^殳透镜(planar solid immersion lens )或平面固态^l^殳反射4竟(planar solid immersion mirror )。
图lb是根据本发明一实施例的图la中的细节101的部分放大剖视图。 极唇116磁耦合到上极尖层108,并磁耦合到可选的磁阶梯层114。近场孔 光源包括C孔118 (也称为脊孔)、周围的金属层120和极唇116，近场孔光 源通过光波导芯110被提供光能。极唇116和可选的磁阶梯层114由合适的 磁合金构成，包括Co、 Fe和Ni。金属层120由Cu、 Au或Cu/Au合金制成。 包层112的厚度标称为约200nm,但可以根据结构中其它层的尺度而更厚或 更薄。可选的磁阶梯层114具有约150nm的标称厚度(层108和110之间的 尺寸)，以及约180nm的标称深度(从层116到层112测量)。极唇116具有 与层120大约相等的标称深度(从ABS测量)，该值由近场光源的性能和特 性决定(见下面的例子)。极唇116的厚度可从约150nm (具有可选的阶梯 层114)到约1微米改变，优选地在250rnn到350nm之间。光波导芯层110 的厚度标称地在200和400 nm之间，足以覆盖C孔118的宽度408 (见下 面的图5)。
图2是根据本发明一实施例的图la的垂直写头设计的部分平面图200。 与图la—样，为了清晰起见，省略了线圏和间隔层。该视图是图la的俯视 图。上返回极层106和上极尖层108成锥形以减小它们在ABS附近的宽度。
图3是根据本发明一实施例的图la的垂直写头设计的部分气垫面视图 300。区域108，表示上极尖108的终止于ABS的区域。在该ABS视图中清 楚可见包括周围金属层120、极唇116、 C孔118和脊302的近场光源结构。 通常，C孔近场光源由置于导电金属膜中的矩形孔构成。适当频率的光被引 导到孔和周围金属膜上。在本发明中，光通过光波导芯110引导到C孔。延伸到孔的中心部分的是导电脊302, —般是周围金属膜的延伸。沿平行于脊 的方向极化的入射辐射产生近场光源，其出现在脊的端部处或附近，在脊的 端部与孔的相反边界之间的间隙中。在本发明中，极唇116位于该相反边界
处，使近场光源位于很接近极唇116。
注意，极唇116构成围绕C孔的金属性区域的不可缺的部件。在常规构 造的近场光源中，围绕C孔的整个金属性区域由高度导电的金属例如Cu、 Ag或Au构成。常规C孔的现有技术模拟研究表明需要高度导电的金属来 优化近场源的光输出，并且已假定围绕C孔的整个金属区域需要由高度导电 的材料构成。这通常要求任何极材料置于围绕孔的导电区域之外，限制了光 学热源对极尖的接近，排除了双梯度记录的使用。在本发明的研发中进行的 模拟研究揭示了出乎意料的进展，即，如果极唇116邻接孔118，且位于脊 302端部的对面，则具有与导电层120 (也见于图lb)大约相同厚度的极唇 层116可替代围绕C孔118的一部分高导电层120，且对光效率具有很小的
光源位于脊302的端部与极唇116的边缘之间。回到图7，垂直虚线710表 示极边缘的位置，其将是极唇116与C孔118的边界。极唇116产生的有效 磁场704能够在记录点706处实现双梯度记录。返回图3,孑L 118填充以光 学透明材料例如Si02或A1203,如本领域技术人员所公知的。
作为选项，可以考虑用^兹性的Co、 Ni、 Fe才及材料(未示出)代替脊302， 有效地重定位极尖到脊302的位置。然而，模拟研究已经表明该配置的光学 效率与高导电脊材料如Cu或Au相比严重降4氐，显著减少了所产生的热。 而且，限制极宽度至脊302的宽度也会损害磁场特性。
图4是根据本发明 一 实施例的具有窄的写极唇116的集成C孔118的部 分放大气垫面视图。在该实施例中，极唇116的宽度402小于孔118的长度 410。孑L 118的宽度由尺寸408表示。脊302具有宽度404和一长度(延伸 到孔118中)，该长度等于孔宽度408减去间隙长度406。极唇116的宽度 402可从最小的脊302的宽度404变化到最大的ABS处上极尖108的宽度(区 域108，)。通常，上极尖108的宽度(ABS处)大于孔118的长度410。由 于图4是从ABS观察的视图，所以光波导芯层110的尺寸是不可见的。然 而，应注意，终止于孔118后面的光波导芯层110的投影(foot print)优选 地至少覆盖孔118的宽度408和长度410。图5是根据本发明一实施例的具有宽的写极唇116的集成C孔118的部 分放大气垫面视图。在该例中，极唇116的宽度502延伸至大约等于孔118 的长度410。
示例
下面的说明用于提供本发明的代表性实施例，但绝不意味着限制本发明 的范围、广度和功能。在这些例子中，辐射的真空波长是780nm,盘(介质) 建才莫为20nm厚的Co层，孔和盘之间的间隙为8nm。
例la:
(1) 孔尺寸宽度408-58nm;长度410-280nm; 脊宽度404 = 16 nm;间隙406 = 28 nm
(2) 极唇116宽度402: ~20 nm
(3) 近场加热效率>90%,与没有极的孔(100%)相比 例2a:
(1) 孔尺度宽度408 = 58腦；长度410-280nm; 脊宽度404二16nm;间隙406^28nm
(2) 极唇116宽度402: 100nm
(3) 近场加热效率>85%,与没有极的孔(100%)相比 例3a:
(1) 孔尺度宽度408-58nm;长度410-280nm; 脊宽度404= 16nm;间隙406 = 28 nm
(2 )极唇116宽度402: ~200 nm (3)近场加热效率>80%，与没有极的孔(100%)相比 例4a:
.(1)孔尺度宽度408-58nm;长度410-280nm; 脊宽度404- 16nm;间隙406 = 28 nm
(2) 极唇116宽度402: ~280nm
(3) 近场加热效率>75%,与没有极的孔(100%)相比 例lb:
(1) 孔尺度宽度408-58nm;长度410 = 280,; 脊宽度404 = 16 nm;间隙406 = 20nm
(2) 极唇116宽度402: 20 ■(3)近场加热效率~75%,与没有极的孔(100%)相比 例2b:
(1) 孔尺度宽度408-58nm;长度410-280nm; 脊宽度404= 16nm;间隙406 = 20 nm
(2) 极唇116宽度402: ~100nm
(3) 近场加热效率~70%,与没有极的孔(100%)相比 例3b:
(l)孔尺度宽度408-58nm;长度410-280nm;
脊宽度404:16nm;间隙406 = 20 nm (2 )极唇116宽度402: ~200 ■ (3)近场加热效率~65%,与没有极的孔(100%)相比 例4b:
(1) 孔尺度宽度408-58nm;长度410-280nm; 脊宽度404-16nm;间隙406 = 20 nm
(2) 极唇116宽度402: ~280 ■
(3) 近场加热效率~61%，与没有极的孔(100%)相比 在上述例子la-4a中，间隙宽度406固定在28 nm。在例子lb-4b中，
间隙宽度406固定在20 nm。当间隙从28 nm到20 nm时，光源加热效率减 小约15%。上述数据还显示出光学效率随极唇宽度402增大而减小，且该趋 势对于任一间隙尺寸都是明显的。当更高损耗的材料例如Co、 Ni、 Fe合金 替代围绕C孔的金属膜中的金或铜时，这些趋势是预期的。然而，减小的光 学效率，特别是对于28 nm的间隙，对于功能TAR系统而言在可接受的限 制内。
尽管上述实施例揭露了薄膜垂直写头，本领域技术人员将意识到，这样 的设计也可以微小的修改等同地应用于薄膜纵向写头。
本发明不局限于前述实施例。相反，本发明的范围由这些说明以及所附 权利要求和其等价物限定。
权利要求
1.一种具有集成光源的薄膜磁头，该薄膜磁头包括写极，所述写极包括上极层、上极尖和上极唇；近场光源，包括导电金属膜，C孔形成在所述导电金属膜中，所述C孔包括具有脊的矩形孔，所述脊从所述导电金属膜的第一部分延伸到所述矩形孔中，所述导电金属膜的第二部分包含所述上极唇，所述上极唇构成所述矩形孔的与所述脊相反的边界的至少一部分；以及光波导，用于所述近场光源的光照。
2. 如权利要求1所述的薄膜磁头，还包括磁耦合到所述写极的背间隙， 所述光波导延伸穿过所述背间隙的至少一部分。
3. 如权利要求1所述的薄膜;兹头，其中所述光波导包括包封在包层中 的光传导芯层。
4. 如权利要求3所述的薄膜磁头，其中所述近场光源具有与气垫面共 面的第一表面，所述近场光源具有与所述第一表面平行的第二表面，所述第 二表面与所述第一表面相反，所述光传导芯层与所述第二表面的至少一部分 接触。
5. 如权利要求3所述的薄膜磁头，其中所述光传导芯层包括Ta20s。
6. 如权利要求3所述的薄膜磁头，其中所述光传导芯层包括钛氧化物。
7. 如权利要求1所述的薄膜石兹头，其中所述写极包括磁阶梯层，所述 磁阶梯层接触所述上极尖和所述上极唇。
8. 如权利要求1所述的薄膜-磁头，其中所述导电金属膜的所述第一部 分包括铜。
9. 如权利要求1所述的薄膜磁头，其中所述导电金属膜的所述第一部 分包括金。
10. 如权利要求1所述的薄膜磁头，其中所述导电金属膜的所述第二部 分包括》兹合金。
11. 如权利要求10所述的薄膜磁头，其中所述磁合金包括Co、 Ni和Fe。
12. 如权利要求11所述的薄膜磁头，其中所述C孔被填充以光学透明 材料。
13. 如权利要求1所述的薄膜磁头，其中所述上极唇具有第一宽度，所述c孔的所述脊具有第二宽度，所述第一宽度大于或等于所述第二宽度。
14. 如权利要求13所述的薄膜磁头，其中所述上极尖具有在气垫面测 量的第三宽度，所述第一宽度小于或等于所述第三宽度。
15. 如权利要求14所述的薄膜磁头，其中所述第二宽度为约16纳米， 所述第一宽度在20nm和280nm之间变化。
16. 如权利要求15所述的薄膜磁头，其中当与具有金制成的所述导电 金属膜的所述第二部分的C孔相比时，近场加热效率在75%和90%之间变 化。
17. —种真有集成光源的薄膜磁头，该薄膜磁头包括 .写极，所述写极包括上极层、上极尖、上极唇和》兹阶梯层，所述》兹阶梯 层接触所述上极尖和所述上极唇；近场光源，包括导电金属膜，C孔形成在所述导电金属膜中，所述C孔 包括具有脊的矩形孔，所述脊从所述导电金属膜的第一部分延伸到所述矩形孔中，所述导电金属膜的第二部分包括所述上极唇，所述上极唇构成所述矩 形孔的与所述脊相反的边界的至少一部分；以及 光波导，用于所述近场光源的光照。
18. 如权利要求17所述的薄膜磁头，其中所述导电金属膜的所述第一 部分包括铜。
19. 如权利要求17所述的薄膜磁头，其中所述导电金属膜的所述第一 部分包括金。
20. 如权利要求17所述的薄膜磁头，其中所述导电金属膜的所述第二 部分包括;兹合金。
全文摘要
本发明涉及热辅助记录头，公开了用于垂直记录的写头结构，具有集成在围绕C孔近场光源的金属膜中的极尖。通过使用双梯度热辅助记录，极尖接近光源能够实现写入磁介质中的数据单元的更精确定位。在双梯度记录中，数据通过影响磁介质的矫顽力的热梯度以及极尖施加的磁场梯度二者的作用被固定。
文档编号G11B5/31GK101587714SQ20091014111
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者小罗伯特·E·方塔纳, 巴里·C·斯蒂普, 蒂莫西·C·斯特兰德, 詹姆斯·T·奥尔森 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司