用于MAMR和先进磁记录应用的钡六角铁氧体技术的制作方法

本文公开的实施例总体上涉及采用钡六角铁氧体技术的磁盘及其制造方法。

背景技术：

最新的进展需要显著地提高磁盘驱动器的存储容量。该存储容量基本上由面密度(AD)支配，面密度是在给定的面积上可以存储的位的数量的度量。与此同时，良好的信噪比(SNR)推动了磁盘驱动器中的信息的高效且精确的存储和获取。此外，改善的数据稳定性延长了磁盘驱动器的寿命。面密度、信噪比，以及数据稳定性被记录介质、读取头和写入头显著地影响。

微波辅助磁记录(MAMR)是一种使得AD和SNR两者都能得到改善的方法。在MAMR中，在写入头附近提供旋转扭矩振荡器(spin torque oscillator，STO)，以提供微波磁场。微波磁场有助于降低记录介质的矫顽力。

为进一步改善AD和SNR，MAMR可以配置为位图案化介质(BPM)格式。在采用MAMR头的磁盘中，磁层典型地包括含有金属的材料，例如金属合金或金属多层。图案化此含有金属的磁层是困难的，并且可能造成磁性质退化或对装置的其他损坏。为纳米尺寸的位阵列的含有金属的磁层自然地显示出降低的稳定性以及在工艺(包含位图案化)过程中对氧化的敏感性。为避免这样的损坏，可能会牺牲面密度和信噪比。

因此，在本领域中对于采用MAMR头的改良的磁盘存在需求。

技术实现要素：

本文公开的实施例总体上涉及用于MAMR的磁盘装置。磁盘装置可以包含基板和磁层，磁层包含钡基六角铁氧体。磁盘装置还可以可选地包含软底层、籽晶层，和/或上覆层。

一个实施例可以包含磁记录介质，所述磁记录介质包含基板和底层，以及磁层，其中所述磁层包含钡基六角铁氧体。

另一实施例可以包含微波辅助磁记录磁盘驱动器，所述微波辅助磁记录磁盘驱动器包含用于微波辅助磁记录的磁头组合件和磁记录介质。所述磁记录介质可以包含基板、底层，以及磁层。所述磁层可以包含钡基六角铁氧体。

另一实施例可以包含一种用于制造微波辅助磁记录介质的方法，所述制造方法包含在基板之上沉积底层；在底层之上沉积磁层，其中所述磁层包含钡基六角铁氧体；以及图案化所述磁层。

附图说明

为了使本公开的上述特征可以被详细理解，将通过参考实施例(其中一些在附图中图示)对上文的简要概括进行本公开的更详细的描述。然而应注意到，附图仅图示了本公开的典型实施例，因此并不应当视为限制了其范围，因为本公开可以允许涉及磁传感器的任何领域中的等效实施例。

图1图示了根据本文描述的实施例的磁盘驱动器系统。

图2是根据本文描述的实施例的图1的磁盘驱动器系统的MAMR头和磁盘的截面图。

图3是根据本文描述的实施例的磁盘装置的截面图。

图4图示了用于制造MAMR存储介质的方法。

图5A是根据一个实施例的磁记录介质的俯视图。

图5B是根据一个实施例的磁记录介质的截面图。

图6A是根据一个实施例的磁记录介质的俯视图。

图6B是根据一个实施例的磁记录介质的截面图。

为了便于理解，尽可能使用了相同的附图标记来指代附图共有的相同元件。可以设想一个实施例中公开的元件可以在无需特别指明的情况下有益地使用在其他实施例中。

具体实施方式

在下文中，参考了实施例。然而，应该理解的是，本公开并不局限于特定描述的实施例。相反地，不论是否涉及不同的实施例，下文的特征和元件的任意组合可以被设想以实施并实现所要求保护的主题。此外，尽管本文所描述的实施例可以实现相较于其他可能的方案和/或先前技术的优点，但无论特定的优点是否通过给定的实施例实现并不限定所要求保护的主题。因此，下文的方面、特征、实施例以及优点仅为说明性的，而不应视为所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确地表述。

本文公开的实施例总体上涉及用于MAMR的磁记录介质。磁记录介质包含基板和磁层，所述磁层包含钡基六角铁氧体。磁记录介质可以还可选地包含软底层、籽晶层、和/或上覆层。

图1图示了根据本文描述的实施例的磁盘驱动器100。如图所示，至少一个可旋转的磁介质(例如磁盘112)被支承在主轴114上，并且通过磁盘驱动器电机118旋转。每个磁盘上的磁记录可以是在磁盘112上的同心数据磁道的环形图案的形式(未示出)。

至少一个滑块113设置于磁盘112附近，每个滑块113支承一个或多个磁头组合件121，所述磁头组合件121可以包含用于将AC磁场施加到磁盘表面122的STO。随着磁盘旋转，滑块113在磁盘表面122之上径向地移动进出，使得磁头组合件121可以访问(access)磁盘112的写入了所需数据的不同磁道。每个滑块113通过悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供使滑块113朝向磁盘表面122偏移的轻微弹力。每个致动器臂119附接到致动器机构127。如图1所示的致动器机构127可以是音圈电机(VCM)。VCM包含在固定磁场之内可移动的线圈，通过控制单元129提供的电机电流信号来控制线圈运动的方向和速度。

在MAMR使能的磁盘驱动器100的操作期间，磁盘112的旋转在滑块113与磁盘表面122之间产生空气轴承，所述空气轴承在滑块113上施加向上的力或升力。空气轴承由此抗衡(counter-balance)悬架115的轻微的弹力，并且在正常操作期间以小的、基本上不变的间距将滑块113略微支承在磁盘表面122之上。在写入期间，从磁头组合件121产生的AC磁场降低介质的有效矫顽力，从而使磁头组合件121的写入元件可以正确地磁化介质中的数据位。

在操作中，通过控制单元129产生的控制信号(例如访问控制信号和内部时钟信号)来控制磁盘驱动器100的各种部件。典型地，控制单元129包含逻辑控制电路、存储机构和微处理器。控制单元129产生控制信号，以控制各种系统操作，例如线123上的驱动器电机控制信号，以及线128上的头定位和寻找控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流分布，以将滑块113最佳地移动并定位到磁盘112上所需的数据磁道。通过记录通道125，使写入和读取信号从组合件121的写入头和读取头往复通信。

上文对典型的磁盘存储系统的描述以及图1所附的图示仅是代表目的。显而易见的是，磁盘存储系统可以包含大量的磁盘和致动器，并且每个致动器可以支承数个滑块。

图2是通过面向磁记录介质202的MAMR读取/写入头200的局部截面侧视图。读取/写入头200和磁记录介质202可以分别对应图1中的磁头组合件121和磁记录介质112。读取/写入头200包含面向介质表面(MFS)212(例如ABS)，磁写入头210和磁读取头211，并且安装为使得MFS 212面向磁记录介质202。在图2中，磁盘202在箭头232指示的方向上移动经过写入头210，并且读取/写入头200在箭头234指示的方向上移动。

在一些实施例中，磁读取头211是磁致电阻式(MR)读取头，所述磁致电阻式读取头包含位于MR屏蔽件S1与MR屏蔽件S2之间的MR传感元件204。在其他实施例中，磁读取头211是磁隧道结(MTJ)读取头，所述磁隧道结读取头包含位于MR屏蔽件S1与MR屏蔽件S2之间的MTJ传感装置204。磁记录介质202中的相邻的磁化的区域的磁场通过MR(或MTJ)传感元件204可检测为记录位。

写入头210包含返回磁极206、主磁极220、尾部屏蔽件240、设置在主磁极220与尾部屏蔽件240之间的STO 230、以及激发主磁极220的线圈218。记录磁场从主磁极220产生，而尾部屏蔽件240有助于使得主磁极220的磁场梯度陡峭。主磁极220可以是磁性材料，例如CoFe合金。在一个实施例中，主磁极220具有2.4T的饱和磁化强度(Ms)和约300纳米(nm)的厚度。尾部屏蔽件240可以是磁性材料，例如NiFe合金。在一个实施例中，尾部屏蔽件240具有约1.2T的Ms。

主磁极220、尾部屏蔽件240和STO 230全部延伸到MFS 212，并且设置在主磁极220与尾部屏蔽件240之间的STO 230电联接到主磁极220和尾部屏蔽件240。STO可以在跨磁道方向(进入和离开页面)上被绝缘材料(未示出)围绕。在操作期间，施加电流至STO 230，以产生行进到磁记录介质202的AC磁场，以降低磁记录介质202的与STO 230相邻的的区域的矫顽力。在操作期间，施加到STO 230的电流的方向可以反转，以优化STO 230的频率。在第一方向上流至STO 230的电流可以称为向STO 230施加正极性偏压，而在与第一方向相反的第二方向上流至STO 230的电流可以称为向STO 230施加负极性偏压。STO 230可以在正极性和负极性两者下振荡，并且实现不同频率。写入头210还包含用于调整读取/写入头200与磁记录介质112之间的距离的加热器250。加热器250的位置不局限于在返回磁极206之上，如图2所示。加热器250可以设置在任意合适的位置。

图3是磁记录介质112的截面图。磁记录介质112可以包含基板302。可以在基板之上沉积软底层304。在各种实施例中，底层304可以包含反铁磁性地联接的多层结构，所述多层结构包含至少两层软磁性合金，所述软磁性合金的层具有约10nm至约30nm之间的膜厚度(例如20nm)，以及插入软磁性合金的层之间，具有约0.1nm至约2nm之间膜厚度(例如0.5nm)的非磁性材料层(例如铷)。软磁合金可以包括铁(Fe)、钴(Co)、钽(Ta)和/或锆(Zr)，例如在一个实施例中为FewCoxTayZrz。通常来说，软磁底层304具有形成用于记录磁场的磁路和改善磁头的记录特性的效果。此外，通过使用反铁磁性联接布置，可以抑制噪声。籽晶层306可以设置在底层304之上。籽晶层可以包含镁氧化物(MgO)、铝氧化物(Al₂O₃)、钆镓榴石(GGG)、铷(Ru)、铂(Pt)、铷氧化物(RuO₂)，或另一合适的材料。在籽晶层306之上提供磁层308，或者在未提供籽晶层306的情况下，在底层304之上直接提供磁层308。可以在磁层308之上提供上覆层314。上覆层可以包含两个子层310、312。在一个实施例中，设置在磁层308上的子层310可以包含碳。在另一实施例中，子层310可以包含碳基硬覆层，例如类金刚石碳(DLC)、AlTiC等。设置在第一子层310上的第二子层312可以包含润滑层312。润滑层312可以包含钼(Mo)或另一合适的润滑剂。

在常规应用中，磁层308通常是含有金属的层，例如金属合金。在本公开的实施例中，磁层308包含钡基六角铁氧体。在一个实施例中，钡六角铁氧体可以包含M型BaFe₁₂O₉。在另一实施例中，可以使用具有优选的C轴取向的其他类型的钡基六角铁氧体。钡基六角铁氧体具有高单轴磁各向异性(K_u)，其允许更小的位尺寸，促进提高的密度和提高的存储器寿命。

图4图示了用于制造MAMR存储介质的方法400。在步骤404，在底层304之上可选地沉积籽晶层306。在步骤406，可以在基板302、底层304或籽晶层306的表面上沉积或外延地生长磁层，例如钡基六角铁氧体层308。可以使用脉冲激光沉积、反应溅射、分子束外延或任意其他合适的技术沉积磁层，其可以是钡基六角铁氧体层308。在步骤408，可以可选地退火磁层，以增强薄膜性质和/或微调薄膜的磁性质。

在步骤410，可以可选地沉积上覆层314。如果磁层308包含钡基六角铁氧体，可以使上覆层314简化、变薄或整个省略。在一个实施例中，可以完全省略碳层310。在另一实施例中，可以使润滑层312变薄或简化。钡基六角铁氧体层308提供比含有金属的材料增强的稳定性。例如，钡基六角铁氧体层308具有比含有金属的材料更高的机械韧度。钡基六角铁氧体还具有比含有金属的磁材料更高的化学惰性。上覆层314的简化、变薄或省略使磁层308与写入头210之间的间隔变窄。磁层308与写入头210之间磁间隔的减小促进了稳定性、改善的AD和更高的SNR。钡基六角铁氧体的高K_u还带来了磁记录的更长的寿命，高达或超过10年。

在一个实施例中，钡基六角铁氧体磁层308是毯式沉积(blanked deposited)在籽晶层306上的连续薄膜。与钡基六角铁氧体的连续薄膜一同使用MAMR可以产生1-1.5Tb/in2的范围之内或之外的AD。

在另一实施例中，如图5A所示，钡基六角铁氧体磁层308配置为沉积在籽晶层306上的线性阵列。图5A是包含此线性阵列的一个实施例的磁记录介质112的俯视图。图5B是包含线性阵列或沟槽阵列的实施例的磁记录介质112的截面图。如图3所示，可以在基板302之上沉积底层304。如上文所述的，籽晶层306可以沉积在底层304之上。在籽晶层306或底层304之上沉积磁层308。在一个实施例中，磁层308包含钡基六角铁氧体，如上文所述的。图案化导致在磁层308中形成沟槽或线502的阵列。本领域普通技术的人员将理解的是，这是磁记录介质112的细节的近视图，而从整体来看，磁记录介质112可以是圆形，并且磁材料的沟槽或线502可以是圆形。沟槽阵列允许比连续薄膜更高的面密度，因为与连续薄膜相比，它允许提高SNR和每英寸磁道数(TPI)。

作为如图5A和图5B所示的沟槽或线性阵列的替代方案，在图4的框412，钡基六角铁氧体层308可以被位图案化以进一步改善AD和SNR。图6A是根据一个实施例的包含位图案化的钡基六角铁氧体层308的磁记录介质112的俯视图。图6B是根据一个实施例的包含位图案化的钡基六角铁氧体层的磁记录介质112的截面图。如图3所示，可以在基板302之上沉积底层304。如上文所述的，籽晶层306可以沉积在底层304之上。在籽晶层306或底层304之上沉积磁层308。在一个实施例中，磁层308包含钡基六角铁氧体，如上文所述的。位图案化造成在钡基六角铁氧体磁层308中形成位602。

与MAMR一同使用的常规的含有金属的磁层通常产生约1Tb/in²的AD。使用具有位图案化介质的MAMR来将钡基六角铁氧体薄膜图案化为岛阵列，导致面密度的甚至更大的改善，高达或超过2.5Tb/in²。可以使用纳米压印或纳米光蚀刻，随后通过反应离子蚀刻来实现此图案化。钡基六角铁氧体的光蚀刻可以实现2f×2f的元件密度。产生的边界清晰(well-defined)的纳米尺度位阵列提供了增强的磁记录技术。结合位图案化来使用MAMR允许岛阵列和位阵列的设计灵活性。此灵活性促进了增强的面密度和性能。在常规的包含金属的磁层中，位图案化更加困难。特别地，实现纳米尺度图案化更加困难，并且因为在(离子研磨)工艺期间所涉及的离子的高能量，可能涉及更高的损坏磁层的可能性。含有金属的表面不稳定且化学活泼，并且在工艺期间具有氧化的倾向。含有金属的表面的氧化造成磁性质的损失。然而，通过使用钡基六角铁氧体作为磁层308，纳米尺度图案化可以轻易地实现，并且实现更高的面密度。

与钡基六角铁氧体的连续薄膜相似，位图案化的钡基六角铁氧体阵列是稳定的。此稳定性允许用于保护和钝化顶部表面和侧壁的上覆层314的省略或简化。即使对纳米尺度图案化也是如此。因此，可以将碳层310变薄或整个省略。可以将润滑层312变薄或简化。钡基六角铁氧体的使用允许岛阵列的矫顽力(H_c)的微调，其允许介质设计中的灵活性。例如，可以将岛阵列的H_c微调至大于约4.5kOe或另一合适的值。可以通过改变沉积条件、改变岛阵列的设计，和/或选择特定的籽晶层来实现矫顽力的微调。

在步骤414，如图4所示，可以用多种元素(例如Sc、In、Al、Ga或其他合适材料)来调整形成的薄膜。使用钡基六角铁氧体作为磁层308允许将岛阵列的单轴磁各向异性(K_u)微调到大于例如12kOe的值。使用钡基六角铁氧体作为磁层308还可以允许将岛阵列的铁磁共振(FMR)微调至匹配聚焦的微波源。与聚焦的微波源的更高效的耦合使得来自STO的电流减小，从而很少干涉或不干涉写入元件。通过改变钡基六角铁氧体层308的特定成分和/或通过设计岛阵列的结构，可以改变FMR。使FMR匹配允许与写入头210更好的耦合。包括含有金属的磁层的薄膜的FMR是固定的，并且与包含钡基六角铁氧体层的薄膜相比更难于改变。

在步骤416，可以回填或者沟槽阵列实施例或者岛阵列实施例中的间隔。任意合适的材料可以用于回填的步骤。回填间隔将通过限制随着头在薄膜表面上移动的压力差来稳定头的运动。

如上文所讨论的，在MAMR磁记录装置中使用钡基六角铁氧体提供了许多优点。由于钡基六角铁氧体的机械韧度和化学惰性，可以简化或完全省略上覆层。因此，钡基六角铁氧体薄膜的使用可以减小磁间隔，并且提高面密度。钡基六角铁氧体薄膜可以作为连续薄膜或作为图案化的纳米结构来使用，以进一步改善AD和其他性能指标。籽晶层和掺杂元素的选择、沉积条件的调整，以及岛阵列设计的变化允许位图案化岛阵列的微调。

尽管上文针对的是本公开的实施例，但在不脱离本公开的基本范围的前提下，可以设想其他的和进一步的实施例，且本公开的范围由随附的权利要求确定。