专利名称：具有定形的能量辐射端的近场传感器的制作方法
具有定形的能量辐射端的近场传感器
背景技术：
热辅助磁记录(HAMR)通常涉及到局部加热一记录介质以降低矫顽磁性的概念。 这使得在由热源引起的临时磁性软化期间，施加的磁写入场更容易指引磁化。HAMR允许使用在室温下具有更大的磁各向异性的小粒度介质，以确保足够的热稳定性，这是以越来越高的面积密度进行记录所需要的。HAMR可被应用于任何类型的磁存储介质，包括倾斜介质、 纵向介质、垂直介质和结构化介质。通过对介质加热，Ku或矫顽磁性被降低，以便于磁写入场足够写入介质。一旦介质冷却到环境温度，则矫顽磁性具有足够高的值，以确保已记录信息的热稳定性。需要更好的设计来提高效率、准直性、准确性以及减小局部加热的尺寸。
发明内容
一种磁记录头，包括写入极，置于邻近写入极用来从外部源接收光能量的近场传感器。所述近场传感器共振以在记录介质上产生加热斑点。邻近所述记录介质的近场传感器的形状不对称性导致了所述加热斑点的形状各向异性。另一方面，一种磁记录头，包括写入极，置于邻近写入极的近场传感器，和位于写入极和近场传感器下方的记录介质。所述近场传感器和记录介质构成了一个在所述记录介质上形成加热斑点的共振系统。邻近所述记录介质的近场传感器的形状不对称性导致了所述加热斑点的形状各向异性。
图1为波导和邻近于相关记录介质的近场传感器(NFT)的示意图。图2A为光学近场传感器(NFT)的透视图。图2B为位于写入极和返回极之间的NFT的空气轴承表面(ABS)视图。图2C为在NFT下的热轮廓。图3A为位于写入极和返回极之间的具有不对称钉销的NFT的ABS视图。图3B为位于写入极和返回极之间的具有不同不对称钉销的NFT的ABS视图。图3C为位于写入极和返回极之间的具有不同不对称钉销的NFT的ABS视图。图4为在具有一梯形钉销的NFT下的热轮廓。图5A为耦合纳米柱(CNR)及其相应温度分布的示意截面。图5B为位于写入极和返回极之间的CNR的ABS视图。图5C为在CNR下的热轮廓。图6A为具有位于写入极和返回极之间的不对称纳米柱的CNR的ABS视图。图6B为具有位于写入极和返回极之间的不同不对称纳米柱的CNR的ABS视图。图7A为在具有不对称纳米柱的CNR下的热轮廓。图7B为在具有不对称纳米柱的CNR下的横向轨迹和下轨迹的光学图形。图8为具有锥形入口部分的间隙的CNR的垂直截面。图9A为具有直形的间隙的CNR的光强分布。
图9B为在图5A中的CNR下的光强分布。图IOA为具有锥形间隙的CNR的光强分布。图IOB为在图8中的CNR下的光强分布
具体实施例方式对于热辅助磁记录，电磁波，例如可见光、红外线或紫外线，可以从一记录头的空气轴承面(ABQ引导至一数据存储介质的表面，以提高局部区域的温度进而促进转换。 HAMR的主要困难一直在于发现一种能够将足够的光能量传导到存储介质，以便对其(但仅限于想要被记录的区域)加热几百度的技术。如果光斑大于这个区域，其将扩展到光盘上邻近的位和轨道，对这些区域也加热，则记录在这些区域中的数据可能被擦除。将光斑限制在远远小于光波长的区域内，因此最好低于用标准聚焦物镜达到的所谓“衍射极限”，属于叫做“近场光学”或“近场显微镜学”的研究领域。众所周知的光学波导，如固体浸没透镜(SIL)、固体浸没镜(SIM)和模指数透镜， 已经提议用于近场光学以减小承受电磁辐射的介质上的斑点寸。由于衍射极限的光学效应，SIL、SIM和模指数透镜本身不足以达到高面积密度记录所必须的焦点光斑的尺寸。将金属钉销和其他近场传感器(NFT)设置在波导焦点的设计被用来进一步集中能量，并将能量引导至所述记录介质面上的一个小斑点。HAMR设备可结合诸如模指数透镜、或平面固体浸没镜或透镜的多种波导，以生成会聚光束。图1示出了一个抛物线平面波导的例子。波导60的边缘66大致成抛物线形状。 如果边缘66外材料的折射率小于波导60材料的折射率，波导60将起到固体浸没透镜的作用。如图所示，沿波导60纵轴传播的电磁波68和70在边界66将被偏转至焦点72。可以配置衍射光栅或本领域已知的将外部能量耦合到光导60中的其他手段以使向下穿过波导 60中心的辐射最小化，以及使从抛物线边缘66反射能量最大化，进而增强照射在焦点上的电磁波68和70的纵向分量的能量含量。集中在波导60的焦点72上的斑点尺寸是受到衍射极限影响的，达不到高面积密度的HAMR记录介质所要求的小于IOOnm的尺寸。需使用近场传感器(NFT)，如金属钉销、球 /钉销组合、或盘/钉销组合，将能量聚焦到所允许的小于IOOnm的斑点尺寸。如图1所示的近场传感器58为盘/钉销组合NFT的一个示例。NFT58被定位在波导60的焦点72上， 在该位置NFT58可与入射波68和70耦合以生成表面等离子体。所述NFT上由表面等离子体所生成的场也与记录介质16相互作用，并如箭头78所示地各电磁能量传输到所述介质， 使记录介质16上的一个小区域62加热。图2A为NFT58的透视图。NFT58包括头80、钉销(或可叫作“楔子”)82和钉销尖端84。NFT58可由金或其他本领域已知的合适材料，如银或铝，制成。NFT上的头80通常是盘状的，并通常比钉销82大。头80也可比钉销82具有更大的厚度。NFT58的形状可有效地获取光能和有效地将光能传输到记录介质。钉销尖端84确保传输到所述介质的能量限定在一个由所述钉销的横截面定义的区域。传统的传感器包括具有如图2A所示的矩形横截面的钉销。如图2A所示的传感器有时被称作棒棒糖传感器。图2B为具有矩形横截面钉销的光学传感器的ABS示意图，其中写入极36为钉销端84的下轨迹和返回极38。需要移动钉销端84生成的光/热斑点更靠近写入极36以达到更好的记录效果。图2C示出了由光学模拟计算出的表示记录介质16温度分布的光学区域强度分布，其中记录介质16被具有矩形钉销82的NFT58所射出的激光作用。由于激励激光入射在NFT58的上轨迹侧的头80上，在矩形钉销尖端84下的光/热斑点62更靠近处于上轨迹方向的返回极38，而远离写入极，使热和磁校准困难。钉销82可被移动到更靠近写入极36，但是，写入期间的共振特性和热管理将被改变。另外，生产极小尺寸的钉销是个难题。在本发明的一个示范实施例中，为了将钉销尖端84附近的能量移动到更靠近写入极36，钉销82的横截面形状已经改变。一个实施例中包含一种梯形形状。图3A为具有钉销92、写入极36和返回极38的光学传感器的ABS示意图。钉销92被设置在写入极36 和返回极38之间。钉销尖端94为梯形，包括第一钉销边缘96和第二钉销边缘98。第一钉销边缘96比第二钉销边缘98小且更靠近写入极36。在某些实施例中，所述光学传感器为棒棒糖传感器。因为第一钉销边缘96在长度上比第二钉销边缘98更短，由于导电材料的避雷针效应，更高的电荷密度分布将聚集在第一钉销边缘96。避雷针效应是一种由于导电材料的任意尖锐形状特征(如角或者边)所发生的自然现象。尖锐几何特征处的电场的准静电集聚导致场强的显著增强，只要上述形状特征的有效曲率远小于所关注的波长，这种效应就会发生。因此，由于第一钉销边缘96是钉销92的尖锐形状特征，并且由于第一钉销边缘96 比第二钉销边缘98更靠近写入极36，这种光学近场的不对称将会导致热斑的温度轮廓的最大值被移动到更靠近写入极36的位置，并且相对于其他传统的HAMR系统更有效率地与磁场分布相吻合。图3B示出了与图3A实质上相同的结构，只有钉销93从图3A的位置旋转了 180 度。第二钉销边缘98现在比第一钉销边缘96更靠近写入极36。钉销82的这一取向可适用于特定的HAMR设计标准。图3C为具有钉销95、写入极36和返回极38的光学传感器的另一实施例的ABS示意图。图3C是与图3A实质上相同的结构，只有钉销95现在具有直线的钉销边缘96’和曲线的前缘98’，其中钉销尖端94’的钉销横截面为凹入的梯形。曲线边缘98’通过聚焦热斑可提高HAMR的热和磁性能，因此热轮廓的最热部分移动到更靠近写入极36。通过在磁介质上进行记录的NFT的光学模拟，如图3A所示的具有钉销94的光学 NFT58的性能已经被估算。在所述模拟中，一个具有梯形横截面钉销的金棒糖NFT被集成在一个具有固体浸没镜(SIM)的记录头中来将波导光聚焦到NFT。所述波导包括一个具有铝包覆层的125nm的Ta2O5核。所述NFT位于包覆层中距离所述波导核IOnm远处。所述磁介质盘包括一个2. 5nm厚的保护层、IOnm厚的磁记录层和沉积在一玻璃基底上的一个7. 5nm 厚的热承载涂层。所述记录头具有一个2. 5nm的保护层并且飞行高度被假设为2. 5nm。所述激光具有920nm的波长。根据图3A，所述NFT的尺寸为T = 40nm,ffl = 50nm,W2 = 10nm。图4示出了计算出的光学区域强度分布，其表示记录介质16中的温度分布。对比图2C所示的温度分布，在梯形钉销94下的斑点62具有明显的梯形形状，该梯形具有一个明显更接近写入极36的后缘和一个在钉销94前缘处的前缘。虚线62示出了加热斑点的温度轮廓。钉销横截面94 的梯形已经清楚地移动加热斑点来更靠近写入极36。图4中从所述斑点最热的部分到写入极的距离约为50nm。适合HAMR应用的另一种NFT为耦合纳米杆。耦合纳米杆(CNR)包括一对相互邻近的杆状结构，因此，当被合适波长的电磁能量照射时，将共振和在位于两个杆端部中间的 CNR端部生成强烈的光斑。图5A示出了 CNR垂直截面的一个例子。CNR 114包括被间隙 120分隔开的杆116、116，、118和118，。当在HAMR传感器中作为NFT时，CNR 114被设置在如图3所示的焦点58的波导的焦点上。CNR114共振，分别在杆116、116’、118和118’的端部117和119上的表面等离子体加热邻近ABS 56的记录介质。在端部117和119下的温度轮廓分别用温度曲线122和124图示。曲线122和 124的和表示为曲线125。最高温度直接在纳米杆之间的间隙120下。虽然如图5A所示的 CNRl 14包括了 4个纳米杆，如有必要，CNR的结构也可为两个或更多纳米杆。对于HAMR应用，CNR NFT组件通常为金、银、铝或本领域中已知的其他材料制成的薄膜结构。图5B为CNR 114的ABS示意图，其中写入极36为CNR114的端部117和119和返回极38的下轨迹。为了达到更好的写入特性，关键是将光斑/热斑移动到更靠近写入极 36。图5C示出了由光学模拟计算的表示来自CNR114的激光所引起的记录介质16上的温度分布的热轮廓，其中CNR114具有矩形端部117和119。光斑/热斑62在上轨迹方向更靠近返回极38而远离写入极，使热和磁校准困难。如前所述，照射在CNR114上轨迹侧的激励激光导致了热不对称。在本发明的一个示范实施例中，为了将所述间隙中的能量移动到更靠近写入极 36，杆116、116’、118和118’的横截面形状已经改变。图6A示出了在朝着写入极的下轨迹方向上引入间隙121的不对称的一个实施例。图6A为CNR114的ABS示意图，示出了不对称的纳米杆端部117和119，写入极36和返回极38。第一和第二不对称纳米杆尖端117和119包括第一角边缘126、第二角边缘1 和对面的边缘130和132。第一角边缘1 和第二角边缘1 具有角度，使得第一和第二纳米杆尖端117和119远离极36逐渐增大。对面的边缘130和132不具有角度。在图6B所示的另一实施例中，边缘131和133也具有角度，以形成梯形横截面。未示出的纳米杆116和 118的其他不对称的横截面也包括在本发明中。 具有不对称间隙的CNRl 14的NFT性能已经通过在磁记录介质上NFT记录的光学模拟而被估算。在所述模拟中，耦合的金纳米杆NFT被集成在具有固体浸没镜(SIM)的记录头中，以将波导光聚焦到NFT。所述波导包括具有铝包覆层的125nm的Ta2O5芯。所述NFT 位于包覆层中距离所述波导芯IOnm远处。所述磁介质盘包括2. 5nm厚的保护层、IOnm厚的磁记录层、和沉积在玻璃基底上的7. 5nm厚的热阻挡涂层。所述记录头具有2. 5nm的保护层并且飞行高度被假设为2. 5nm。所述激光具有920nm的波长。 三个纳米杆尺寸被模型化。根据图6A，所述尺寸为T，= 40nm, Wl' = 55nm，和 W2' = 35nm;T，= 40nm, Wl，= 45nm，禾口 W2，= 25nm ；禾口 Τ，= 30nm, Wl，= 35nm, W2'= 15nm ；。在每一种情况下，由于不对称间隙的聚焦效应，光学强度分布在下轨迹方向上被偏移到更靠近写入极的位置。对于具有T，= 40nm,ffr = 45nm，W2，= 25nm尺寸的纳米杆， 图7A示出了计算出的磁层中光学区域强度分布及所导致的温度分布。图7B示出了横向轨迹和下轨迹强度分布。如虚线所示的横向轨迹强度分布是中心对称的。图7A所示的所述间隙中的非均勻场分布很明显地与图5C所示的矩形间隙的情况下的场分布不一致。图7A中
7从所述斑点的最热部分到写入极的距离约为60nm。图7B中的下轨迹强度分布显示了如箭头DT所表示的朝向写入极漂移的确定的峰移。所述横向轨迹图像的半最大值全宽(FWHM) 为35nm。随着W2依次从35nm减小到15nm，FffHM从45nm减小到25nm。另外，当所述斑点尺寸随间隙更窄而减小，下轨迹光学梯度增大。这将有益于HAMR记录。计算结果已经显示，随着间隙宽度减小，所述间隙中的等离子体模式的传播常数以指数方式增大。因此，在宽度不断减小的间隙中，由于等离子体从CNR的顶端传播到 ABS56，等离子体将偏向于更小的间隙尺寸处。因此，所述不对称的间隙具有聚焦效应。但是，计算结果也显示，间隙中的等离子体传播距离与间隙宽度成正比。例如，对于5nm的间隙，其传播距离小于1微米。这个产生问题的特性可通过增加一个沿着间隙向CNR的等离子体传播方向成楔形的间隙所抵消。也就是，沿着从所述CNR的顶端朝向ABS的垂直方向。图8示出了具有楔形间隙的CNR 134的垂直截面。CNR 134包括具有纳米杆端部 142和144的纳米杆136和138。具有边146和148的间隙140在顶端宽，而在紧邻ABS的底部的边150和152变得窄。在窄间隙中的等离子体损失被在上方间隙中更大的等离子体能量所弥补。楔形间隙所具有的另一个优点是，不同间隙带来的不同设计使得在激励源 (优选为波导)和NFT之间的阻抗匹配得到增强成为可能。针对具有直形间隙入口和楔形间隙入口的耦合纳米杆，已经得出光学场强度计算结果。图9A示出了 CNR114(图5A)的垂直截面的光强度。CNR114的尺寸为W3 = 20nm,Tl =100nm，T2 = 175nm。图9B示出了来自CNR114的ABS上的光学强度分布。图IOA示出了具有楔形间隙(图8)的CNR134的垂直截面的光学强度。CNR134的尺寸为W4 = 20nm, W5 =195nm, T3 = 90nm, T4 = 170nm。图IOB示出了来自CNR134的ABS上的光学强度分布。 在图IOA和IOB中，CNR134的能量明显地限制在了所述间隙中。图9B和图IOB中ABS上的斑点都具有相似的尺寸，但是，在使用了楔形入口时，峰值强度增强了两倍以上。最后，在具有将光斑移动到更靠近写入极的前缘的不对称钉销和杆的钉销类型 (如棒棒糖)和间隙类型(如CNR)的NFT中，所述NFT的厚度可增加差不多几百纳米，而不影响写入性能。不对称钉销和杆还使得所述斑点的形状和尺寸更有效。最后，金的厚度增加有助于散发热能，从而降低NFT的温度。虽然已经参考较佳实施例描述了本发明，但是，本领域技术人员将能预见未脱离本发明范围内的形式和细节上的变化。如上所述的实现方式或其它实现方式都被以下的权利要求范围所涵盖。
权利要求
1.一种装置，包括写入极；邻近所述写入极的近场传感器，其包括邻近记录介质的能量辐射端；和其中，使所述能量辐射端的形状为靠近所述写入极具有第一宽度和远离所述写入极具有第二宽度，第一宽度与第二宽度不同。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括邻近所述写入极的波导，所述波导将光能聚焦到一焦点；从所述波导接收光能的近场传感器；和其中，所述近场传感器的能量接收端邻近所述波导的焦点。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量辐射端具有第一宽度小于第二宽度的形状。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量辐射端具有第一宽度大于第二宽度的形状。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述近场传感器由金、银、铜或它们的合金之一制成。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述近场传感器为一棒棒糖型传感器。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述能量接收端为一圆盘，所述能量辐射端为一楔子或钉销。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量辐射端具有梯形横截面。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量辐射端具有凹形梯形横截面。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述近场传感器为耦合纳米杆型传感器。
11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述耦合纳米杆传感器的能量接收端为耦合纳米杆入口。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述能量辐射端包括在两纳米杆尖端之间的间隙分布。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述间隙分布具有梯形的形状。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述两个纳米杆尖端具有大致为梯形的横截面。
15.一种系统，包括写入极；邻近所述写入极的波导，所述波导将光能聚焦到一焦点；位于所述写入极和波导下方的记录介质；以及被设置为邻近所述写入极，并用来从所述波导接收能量的近场传感器，该近场传感器包括能量接收端和能量辐射端，其中所述能量接收端邻近所述波导的焦点，并且其中所述能量辐射端邻近所述记录介质并具有用以在记录介质上产生热斑的形状，该热斑邻近所述记录介质上的写入极投影最热。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述热斑具有非矩形的形状。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述记录介质上的所述热斑点轮廓中最热区域距所述记录介质上的写入极轮廓小于50nm。
18.一种系统，包括写入极；返回极；位于所述写入极和所述返回极之间的波导，所述波导将光能聚焦到一焦点；位于所述写入极和所述波导下方的记录介质；以及被设置为位于所述写入极和所述返回极之间，并用来从所述波导接收光能的近场传感器，该近场传感器包括能量接收端和能量辐射端，其中所述能量接收端邻近所述波导的焦点，并且其中所述能量辐射端邻近所述记录介质并具有用以在记录介质上产生热斑的形状，使得最热区域相比记录介质上返回极轮廓更靠近记录介质上写入极轮廓。
19.如权利要求18所述系统，其特征在于，所述近场传感器由金、银、铜或它们的合金之一制成，并且所述能量接收端为梯形形状。
20.如权利要求19所述系统，其特征在于，所述记录介质上的所述热斑轮廓的最热区域距所述记录介质上的写入极轮廓小于60nm。
21.如权利要求18所述系统，其特征在于，所述近场传感器为一耦合纳米杆型传感器， 并且第一和第二纳米杆端部之间的间隙为梯形形状。
全文摘要
具有定形的能量辐射端的近场传感器。一种磁记录头，包括写入极和邻近所述写入极的近场传感器，其将光能聚焦到一焦点。一种近场传感器被设置用来从一波导接收光能。所述近场传感器包括能量接收端和能量辐射端。所述能量接收端邻近所述波导的焦点，所述能量辐射端具有靠近所述写入极处较窄而远离所述写入极处较宽的形状。
文档编号G11B5/133GK102324238SQ20111019527
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月20日 优先权日2010年5月21日
发明者W·A·查利纳, 赵永军, 金旭辉, 高凯中 申请人:希捷科技有限公司