磁記錄盤驅動器的製作方法
2023-05-09 04:26:36
專利名稱：磁記錄盤驅動器的製作方法
技術領域：
本發明總地涉及與圖案化的介質一起使用的;茲記錄盤驅動器，其中每個數據位被存儲在^F茲隔離的島或者盤上的島中，更具體地涉及具有改善的用於寫入數據的時鐘的盤驅動器。
背景技術：
已經提出具有圖案化磁記錄介質的磁記錄硬碟驅動器以增大數據密度。在圖案化的介質中，盤上的磁性材料被圖案化為小的隔離數據島或布置在同心數據軌道中的島。每個島包含單個磁性的"位"並通過非磁性區域與相鄰的島分開。這與常規的連續介質形成對比，在常少見的連續介質中單個"位"由形成單個磁疇的多個弱耦合的相鄰磁顆粒組成，並且位在物理上彼此相鄰。圖案化介質盤可以是縱向磁記錄盤或垂直磁記錄盤，在縱向磁記錄盤中
磁化方向平行於記錄層或在記錄層的平面內(in the plane),在垂直磁記錄盤中^f茲化方向垂直於記錄層或在記錄層的平面外(out of the plane )。為製造需要的圖案化島的磁隔離，島之間區域的磁矩必須被破壞或基本減小到使這些區域基本上無磁性。備選地，介質可以被製造使得沒有磁性材料在島之間的區域中。美國專利5820769是各種類型的圖案化介質和它們的製造方法的代表。對具有圖案化介質的磁記錄系統的描述和它們相關聯的挑戰由R. L.While等人給出，"Patterned Media: A Viable Route to 50 Gbit/in2 and Up forMagnetic Recording " IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 33， No. 1， January1997， pp.990-995。
在一種圖案化介質中，數據島是升高且間隔開的柱(pillar),其延伸在盤基板表面之上以在柱之間的基板表面上限定槽(trough)或溝槽(trench)。這種圖案化介質引起了人們的興趣，因為具有柱和溝槽的預蝕刻的圖案的基板可以通過相對低成本、高容量的工藝(例如光刻和納米壓印(nanoimprinting))來製造。磁記錄層材料隨後沉積在預蝕刻的基板的整個表面上以覆蓋柱和溝槽的末端。溝槽從讀頭/寫頭凹陷得足夠深從而不對讀或
5寫產生不利影響。這種圖案化介質被Moritz等人描述於"Patterned MediaMade From Pre-Etched Wafers: A Promising Route Toward Ultrahigh-DensityMagnetic Recording", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 38， No. 4， July 2002:pp.l731-1736。
在常規的磁記錄(其中數據位被寫入在連續介質上)中，由於所有的介質包含磁性材料，所以對寫入到介質上的精確位置沒有要求。然而，對於圖案化的介質，因為數據島是單個疇，所以位之間的轉變可以僅發生在島之間。由於磁轉變被限制到由單個島的位置控制的預定位置，所以需要在單個島經過磁頭之下時使寫頭中電流的反向同步。還要保證，寫頭與圖案化介質上的島精確地對準，介質必須用單個精確的周期完美地圖案化，並且支撐盤的主軸(spindle)的有效馬達轉速必須是高度穩定的，使得寫時鐘在島通過寫頭下方時與島完全同步。出讓給與本申請相同的受讓人的美國專利6754017B2描述了 一種具有圖案化介質的磁記錄盤驅動器，該^磁記錄盤驅動器採用 一種特殊的圖案傳感器，該傳感器在數據島經過寫頭下方之前^r測數據島並產生寫時鐘信號。
所需要的是一種具有圖案化介質的磁記錄盤驅動器，該驅動器具有用於檢測數據島以產生精準的寫時鐘信號的方法，使得數據可以被準確地寫入到圖案化的數據島。
發明內容
本發明涉及具有用於精準計時寫入數據的系統和方法的圖案化介質^茲記錄盤驅動器。盤具有同心數據軌道，該同心數據軌道被圖案化為離散的可磁化數據島，島之間具有非磁性間隔。來自輻射源的輻射從源被引導通過光波導到頭載體(head carrier)或氣墊滑塊(air-bearing slider)上，該頭載體或氣墊滑塊支撐讀頭和寫頭。光波導在滑塊的面對盤的表面(disk-facingsurface)處具有近場轉換器(near-field transducer)，在面對盤的表面處輻射發射並且被反射的輻射返回。當盤旋轉時，輻射源引導輻射到近場轉換器，輻射檢測器接收從近場轉換器反射的輻射。被反射的光功率根據是島還是間隔在轉換器下並接收來自轉換器的近場輻射而不同，所以當盤旋轉時輻射檢測器輸出信號表示島的頻率和相位。控制到寫頭的寫脈沖的寫時鐘信號響應於輻射檢測器的輸出信號，所以當盤旋轉時寫時鐘信號的頻率和相位可以匹
6配到島的頻率和相位。控制電路包括鎖相環(phase-locked-k)op， PLL)，該鎖相環接收來自輻射檢測器的模擬電壓信號並提供被調整到島的頻率和相位的寫時鐘信號。相位移可以被施加到寫時鐘信號以調整寫頭與近場轉換器之間的沿軌道的物理間隔。
為了更充分地理解本發明的本質和優點，應當參照以下結合附圖的詳細描述。
圖1是具有圖案化介質磁記錄盤的圖案化介質磁記錄盤驅動器的俯視
圖。 '
圖2是部分圖案化介質盤的放大俯視圖，示出了數據島的詳細布置。圖3是具有數據島的圖案化介質盤的截面圖，該數據島為延伸在盤基板
表面之上的升高的島。
圖4是示出本發明的 一個實施例的 一般特徵和操作的示意圖。
圖5是穿過部分氣墊滑塊和垂直磁記錄盤的截面圖，示出了在本發明的
實施例中光波導和寫頭的布置。
圖6A示出了具有特徵尺寸"d"的C形孔(aperture )。
圖6B是圓形孔的輸出側的視圖，示出了金屬膜，該金屬膜形成出射面
並具有周期性的褶皺(corrugation)或脊(ridge)的表面結構。圖6C示出了具有特徵尺寸"d"的H形孔。
圖6D示出了具有特徵尺寸"d"的蝴蝶領結形(bowtie-shaped)孑L圖7是繪出當島和間隔移動經過近場轉換器時從近場轉換器反射的光功
率(以相對單位)的計算機模擬結果作為時間的函數的示意圖。
圖8是根據本發明實施例的控制電路的框圖，該控制電路接收來自輻射
檢測器的模擬電壓信號並提供控制信號到寫時鐘。
具體實施例方式
圖1是具有圖案化介質記錄盤102的圖案化介質^f茲記錄盤驅動器100的俯視圖。驅動器100具有外殼或基座(base) 112，外殼112支撐致動器130和用於旋轉石茲記錄盤102的驅動器馬達。致動器130可以是音圈馬達(VCM)旋轉致動器，該致動器具有剛性臂131並繞樞軸132如箭頭133所示旋轉。磁頭懸架組件包括懸架135,該懸架的一端裝設到致動器臂131的末端，諸如氣墊滑塊120的磁頭載體裝設到懸架135的另 一端。懸架135允許滑塊120被保持為非常接近盤102的表面，並能夠使滑塊120在盤102沿箭頭20的方向旋轉時在由盤102產生的氣墊上"俯仰(pitch)"和"滾轉(roll)"。如本領域公知的，^磁阻讀頭(未示出)和感應寫頭(未示出)通常形成為集成的讀/寫頭，該集成讀/寫頭被圖案化為在滑塊120的尾端(trailing end)上的一系列的薄膜和結構。滑塊120通常由複合材料形成，例如氧化鋁/碳化鈦(Al203/TiC)的複合物。在圖1中僅示出一個盤表面以及相關的滑塊和讀頭/寫頭，但是通常多個盤堆疊在輪轂(hub)上，該輪轂被主軸馬達(spindlemotor)旋轉，單獨的滑塊和讀頭/寫頭與每個盤的每個表面相關聯。
圖案化介質磁記錄盤102包括盤基板和在該基板上的可磁化材料的離散數據島30。數據島30布置為徑向間隔開的(radially-spaced)圓形軌道118，在圖1中僅示出了在盤102的內徑和外徑附近的少數島30和代表性的軌道118。因為盤102沿箭頭20的方向旋轉，致動器130的運動允許在滑塊120的尾端上的讀頭/寫頭到達盤102上的不同數據軌道118。
圖2是部分盤102的放大俯視圖，示出了在根據現有技術的一種圖案中數據島30在盤基板的表面上的詳細布置。島30包含可^茲化記錄材料並布置為沿半徑或交叉軌道方向的間隔開的圓形軌道，如軌道118a-118e所示。軌道通常被固定的軌道間距TS等距間隔開。軌道中數據島之間的間距由軌道118a中的數據島30a和30b之間的距離IS表示，相鄰軌道4皮此偏移距離IS/2,如軌道118a和118b所示。
在圖2中示出的圖案化介質盤可以是縱向磁記錄盤或垂直磁記錄盤，在縱向^P茲記錄盤中島30中的可》茲化記錄材料中的石茲化方向平行於島中記錄層或在島中記錄層的平面內，在垂直磁記錄盤中^茲化方向垂直於島中記錄層或在島中記錄層的平面外。為製造圖案化數據島30的所需的磁隔離，島30之間的區域或間隔的》茲矩必須被破壞或充分減小到^吏(render)這些間隔基本上是非磁性的。術語"非磁性"是指島30之間的間隔由非鐵磁性材料(例如電介質)或在沒有施加磁場時基本沒有剩餘磁矩的材料或在溝槽中凹陷在島30以下足夠深以不對讀或寫產生不利影響的石茲性材料形成。非磁性間隔也可以沒有磁性材料，例如在石茲記錄層或盤基板中的溝槽或凹槽。
圖案化介質盤可以由幾種公知^^支術中的任一種來製造。在一種技術中，
8連續的磁性膜被沉積在基板上，然後膜被離子束蝕刻以形成分離的數據島。在另一種圖案化介質中，數據島是升高且間隔開的柱，該柱延伸超過盤基板表面以限定在基板表面上的在柱之間的凹槽或溝槽。這種圖案化介質在圖3
的截面圖中示出。在這種圖案化介質中，具有柱31和柱之間的溝槽或間隔的預蝕刻圖案的盤基板103可以由相對低成本、大批量的工藝(例如光刻和納米壓印)來製造。然後磁記錄層材料被沉積在預蝕刻基板的整個表面上以覆蓋柱31的端部和柱31之間的間隔，導致磁記錄層材料的數據島30和磁記錄層材料的間隔32。記錄層材料的間隔32與讀頭/寫頭間隔得足夠遠以不對島30中的記錄層材料的讀或寫產生不利影響，並因此是非磁性的。間隔32中的記錄層材料還可以用例如矽的摻雜劑材料"毒化"，.使得間隔32中的記錄層材料表現為非磁性。這種圖案化介質被Moritz等人描述於"PatternedMedia Made From Pre-Etched Wafers: A Promising Route TowardUltrahigh-Density Magnetic Recording", IEEE Transactions on Magnetics, Vol.38， No. 4， July 2002， pp.1731-1736;並被Bandic等人描述於"Patternedmagnetic media: impact of nanoscale patterning on hard disk drives", 5b/W 5WeTec/mo/ogy S7+ Swp/. S 5S屍2006。在圖3中示出的圖案化介質盤還可以通過用填充間隔32的平坦化材料覆蓋盤而被"平坦化"，如虛線33所示。美國專利6680079 B2描述了通過塗敷具有功能化的丙烯酸端基的全氟聚醚(PFPE )聚合物然後固化該聚合物來平坦化具有形貌特徵的盤的方法。
在圖案化介質盤上的寫(也就是，通過盤驅動器寫頭使數據島中的可;茲化材料磁化)要求來自寫頭的寫脈衝與數據島的圖案同步化。在轉讓給與本申請相同受讓人的美國專利6754017 B2中描述了圖案化介質磁記錄盤驅動器，該盤驅動器使用磁阻、電容或熱傳感器以檢測磁化的數據島並提供信號以對寫計時。
圖4是示出本發明實施例的總的特徵和操作的示意圖。因為難以示出非常小的特徵，所以圖4沒有按比例繪製，圖4示出了具有數據軌道的圖案化介質磁記錄盤102的截面圖，該數據軌道具有由非磁性間隔la-10a分隔開的離散的可磁化數據島1-10。在島1-10中圖示的箭頭代表島中的磁矩或磁化方向，並被用來描述垂直或平面外》茲記錄。因此，盤102包括盤基板103以及在數據島下的可選的"軟，，或矯頑力相對低的透磁底層(magneticallypermeable underlayer， SUL)105。 SUL 105通常是適合作為透磁的通量返迴路徑的任意合金材料，例如NiFe、 FeAlSi、 FeTaN、 FeN、 CoFeB和CoZrNb。對於垂直記錄，數據島1-10中或數據柱(圖3 )的頂上的^f茲性材料可以是具有垂直磁各向異性的任意介質，例如生長在特殊的生長增強下層
(growth-enhancing sublayer)上的鈷-鉻(CoCr)合金顆粒層，或交替Co膜與鉑(Pt)或鈀(Pd)膜的多層。盤102也通常包括在數據島l-10上的保護覆層(protective overcoat)(未示出)。
氣墊滑塊120在截面圖中示出為在盤102之上並被示出為具有讀頭150和寫頭160。讀頭150和寫頭160形成在滑塊120的尾端上。數據的記錄或寫入由感應線圏寫頭160產生，該感應線圈寫頭具有寫極，該寫極基於流過寫頭的線圈的電流方向來產生磁場以將島磁化為兩個磁化方向之一。因為島之間的間隔la-10a是非磁性的，所以寫脈沖必須被精確地計時以磁化適合的島。儘管圖4示出垂直圖案化介質(其中島1-10被示出為具有它們的在盤表面的平面外取向的磁矩)，但本發明可完全應用於水平或縱向圖案化介質
(其中島1-10具有它們的平行於盤表面取向的磁矩)。
圖4還示意地示出在主機系統(例如PC)與盤驅動器之間的數據轉移。來自記錄數據的島的信號被讀頭150檢測到，並被讀/寫電子設備113放大和解碼。數據被發送到控制器電子設備114並通過接口電子設備115經由接口170到主機。要被寫到盤102的數據從主機發送到接口電子設備115和控制器電子設備114,然後作為數據列發送到圖案產生器180並隨後送到寫驅動器182。寫驅動器182產生高頻電流脈沖到寫頭160的線圈，這導致石茲化數據島1-10的磁性寫入場。圖案產生器180和寫驅動器182被寫時鐘信號190控制。
在本發明中，寫時鐘與數據島的位置同步，使得寫脈衝磁化期望的數據島並僅磁化該期望的數據島。如圖4所示，光波導或通道200位於滑塊120上。光通道200在滑塊120的面對盤表面或氣墊面(ABS)處具有近場轉換器結構210。諸如二極體雷射器的輻射源250引導輻射通過分光器(beamsplitter) 255到光波導200。當盤沿方向20旋轉經過滑塊120時，輻射觸發近場轉換器結構210產生集中的近場輻射。從近場轉換器反射的輻射被引導回來通過光波導200並通過分光器255而到輻射檢測器260。被反射的光功率取決於近場轉換器結構210是與島相互作用還是與島之間的間隔相互作用。這裡使用的"近場"轉換器是指"近場光學"，其中光通路被導向、來長距離的第二元件。近場轉換器結構210具有小於來自輻射源250的輻射波長的特徵，並且近場轉換器結構210與島和間隔之間的間距小於來自輻射源250的輻射的波長。來自輻射檢測器260的輸出信號表示來自近場轉換器-島耦合系統與近場轉換器-間隔耦合系統的被反射的光強度的差異，並被導向控制電路270。控制電路270產生寫時鐘信號190。 '
因為難以示出非常小的特徵，所以圖5沒有按比例繪製，圖5是穿過部分氣墊滑塊120和垂直磁記錄盤102的截面圖。滑塊120具有拖尾面(trailingsurface) 121以及與拖尾面121通常垂直取向的氣墊面(ABS )表面122。滑塊120通常由複合材料(例如氧化鋁/碳化鈦(Al203/TiC)複合物)形成，並支撐讀元件和寫元件，讀元件^ 寫元件通常形成為在滑塊120的拖尾面121上的一系列薄膜和結構。由於盤102相對於滑塊的方向20，所以表面121被稱為拖尾面。ABS 122是滑塊120的面對盤的表面(其面對盤102),並被示出為沒有通常在實際的滑塊中存在的薄保護覆層。面對盤的表面或ABS是指被薄保護覆層覆蓋的滑塊表面、滑塊的實際外表面(如果沒有保護覆層)或保護覆層的外表面。
滑塊120支撐常規的位於屏蔽件(shield) Sl和S2之間的磁阻讀頭150以及常規的垂直寫頭160，垂直寫頭160包括具有寫極162的磁軛(yoke)161、通量返回極(flux return pole) 163和導電線圈164。寫極162由諸如FeCoNi合金的常規高磁矩材料形成。寫線圈164示出為具有如所示出的電流方向的巻繞軛161，該電流方向示出為用 "X" 標記的線圈截面表示進入紙面(into the paper)而用實線圓圈(solid circle )標記的線圈截面表示從紙面向外(out of the paper )。當寫電流脈衝被引導流過線圈164時，寫極162引導磁通量到數據島，如指向數據島3的箭頭165所示。帶箭頭的虛線166顯示通過盤的SUL 103回到返回極163的》茲通返回^各徑。如本領域 >知的，線圈還可以是螺旋型。
滑塊120還包括光波導或光通道200，光波導200具有臨近ABS 122的近場轉換器結構210。光波導200在圖5中示出為延伸通過軛161並位於寫極162與返回極163之間。然而，光波導200可以在拖尾面121上的其它位置處，例如在屏蔽件S2與返回極163之間或在寫極162與滑塊120的外表面123之間。光波導200由諸如高折射率的電介質材料的磁芯材料(corematerial)形成，該高折射率電介質材料對於在雷射輻射源的波長處的輻射是能透射的。典型的透輻射的材料包括Ti02和Ta205。透輻射材料的磁芯材料被覆層材料203a、 203b包圍，該覆層材料具有比光波導材料低的折射率並且對於在雷射輻射源的波長處的輻射是能透射的。典型的覆層材料包括Si02和A1203。如本領域所公知的，光波導可以具有沿其長度的均勻的截面或者可以是平面固體浸透透4竟(planar solid -immersion lens)或平面固體浸透鏡(planar solid-immersion mirror)的形式。光波導200引導輻射到近場轉換器結構210。近場轉換器結構210可以包括用透輻射材料填充且金屬層212(例如Cu、 Au、 Ag或Al的層)包圍的開口 (opening)或孔211。優選地，孔211用諸如Si02或Al203的低折射率的材料填克。備選地，近場轉換器可以包括垂直的或水平的天線結構(antenna structure)(未示出)來代替孔，如本領域所公知的。近場轉換器結構210通常對於來自源的輻射具有輻射進入面213以及輻射出射面214,輻射進入面213和輻射出射面214通常彼此平行且平行於ABS 122。當盤102相對於滑塊120在方向20上移動時，近場轉換器結構210引導近場輻射(如箭頭216所示)到數據島和間隔。近場輻射與數據島相互作用並通過光波導200改變反射回的光功率，如箭頭217所示。圖5中的距離"D"是孔211與寫極162之間沿軌道方向的物理間隔或偏差。
本發明可適用於不使用熱量來輔助記錄數據的》茲記錄系統。熱量輔助記錄(也稱為熱輔助記錄(TAR))已經被提出。在TAR系統中，具有近場轉換器的光波導將來自輻射源(例如雷射器)的熱量引導到盤上磁記錄層的熱量局部化區域。輻射將^f茲性材料局部地加熱到接近或超過其居裡溫度，從而充分降低矯頑力用於由寫頭引起的寫入。這種TAR盤驅動器在美國專利5583727和6982844中描述。本發明還可完全應用於圖案化介質TAR盤驅動器並可以使用與用於局部加熱盤相同的光波導和近場轉換器。然而，主要的差異是當本發明被併入非-TAR盤驅動器時，將需要低得多的光功率。所需的最小光功率將基於能夠保證島與間隔的檢測的最小光檢測器信噪比(SNR)來選擇。
如圖5所示，輻射源250、分光器255和輻射檢測器260可以位於滑塊)120的頂表面124上。備選地，這些光學元件可以位於致動器臂131或懸架135 (圖1 )上或在盤驅動器中的其它位置，輻射從二極體雷射器被引導通過光纖或波導，並且反射輻射通過光纖和波導被傳送回到輻射檢測器。輻射源
250可以是雷射二極體，例如提供具有約780nrn波長的光輻射的CD-RW型雷射二極體。輻射檢測器260可以是任何常規的光檢測器，優選地為通常的光電二極體或雪崩光電二極體。光電二極體可以被集成在單晶片上，該單晶片具有將電流轉換為放大的電壓的跨阻抗放大器(transimpedance amplifier )。
優選地，在輻射出射面214處的孔211用作近場光轉換器。孔211是亞波長尺寸的，也就是，其最小的特徵尺寸小於入射雷射輻射的波長並優選地小於雷射輻射波長的一半。圖6A是具有被金屬層212包圍的孔211的輻射出射面214的視圖。在圖6A中示出的孑L 211是具有特徵尺寸"d"的C形孔。近場斑點尺寸由該特徵尺寸"d"確定，該特徵尺寸"d"是孔的脊的寬度。共振波長取決於孔的特徵尺寸以及圍繞孔的薄膜的電學性質和厚度。對於C形光圈，已淨皮J. A. Matteo等人在^^//edP/zj^/cs丄e"eM， Volume 85(4)， pp.648-650(2004)討論過。
圖6B是從盤看到的圓形孔211，的輸出側的視圖並示出了修改，其中形成出射面214，且包圍孔211，的金屬膜具有周期性的褶皺(corrugation)或脊的表面結構，如同心圓形圖案218所示。公知地，當入射輻射與表面等離子體(surface plasmon)在包圍孔的褶皺的金屬表面處共振時，通過金屬膜中亞波長孔的光傳輸被增強。因此諸如金屬膜中的脊或溝槽的特徵用作共振結構以進一步增加從孔發射的輻射輸出，超過在沒有這些特徵時的輻射輸出。該效果是從孔發射的輻射的特定頻率共振增強，該輻射隨後被引導到記錄層上，記錄層位於近場內。該共振增強被Thio等人描述於"Enhanced lighttransmission through a single subwavelength aperture", QpricsVol. 26，Issue 24, pp. 1972-1974(2001)以及美國專利6975580。
圖6C-6D示出了孔的其它形狀，具體地，H形孔(圖6C)和蝴蝶領結形孔(圖6D )，每個都具有自己的特徵尺寸"d"。特徵尺寸"d，，在5到100nm的範圍內且基於島的尺寸以及輻射的波長和強度來選擇，並橫跨部分島或整個島或在交叉軌道(cross-track)方向上的多個島。在這些類型的孔周圍的表面等離子體共振激發增強了輻射傳輸。
圖7是當盤移動經過孔211時，當島30和間隔32移動通過近場轉換器時，從近場轉換器反射的光功率(相對單位)作為時間的函數的示意圖，並表示到輻射檢測器260的輸入作為時間的函數。圖7的示意圖併入了計算機
13建衝莫模擬的結果，其中島是其頂部與近場轉換器間隔8nm的柱，間隔是與近場轉換器相距40nm的凹槽。從間隔反射的功率比從島反射的功率高約8%。因此輻射檢測器260 (優選地為光電二極體)提供輸出信號，該輸出信號表示當盤4t轉並且島和間隔移動經過光波導200的孔211時#:反射的光功率的這種變化。
圖8是接收來自輻射檢測器260的模擬電壓信號並提供寫時鐘信號190的控制電路270的方框圖。控制電路270包括信號調節電路272、鎖相環
(PLL) 280和移相器(phase shifter) 274。來自輻射4企測器260的電壓信號被傳遞到信號調節電路272，在信號調節電路272處電壓信號通過過濾和/或放大或通過使其適於輸入到PLL280所需的其它處理來處理。信號調節電路272獲得來自檢測器260的模擬信號，該模擬信號可能是一系列圓形脈沖
(可能是類正弦曲線的)及某些被包括的噪聲。儘管可使用任何類型的純淨的周期波，但是到相位檢測器282的理想輸入是方波。不同於輻射檢測器信號的基本周期(對應於島在檢測器下通過的頻率)及其諧頻(harmonics)的頻率通常是有害的噪聲並可以被過濾掉以改善進入相位檢測器282的信號質
的純淨方波。如本領域所公知的，信號調節取決於來自輻射檢測器260的信號的初始形狀以及噪聲分量、振幅、DC偏移等。信號調節電路272提供輸入參考信號273到PLL 280和移相器274， PLL 280和移相器274產生寫時鐘信號190,寫時鐘信號190匹配參考信號273的頻率並具有相對於參考信號273的特定的相偏移。相偏移可經由移相器來調整。PLL280包括相位檢測器282、壓控振蕩器(VCO) 284和補償器283。 PLL 280響應耒自信號調節電路的輸入參考信號273的頻率和相位，—自動升高或降低VCO 284的頻率直到其匹配參考信號273的頻率和相位。補償器280是PLL中的反饋迴路，該反饋迴路適當地調整VCO 284的頻率以最小化相位檢測器282處的誤差。控制電路270還包括移相器274。因為來自寫極162 (圖5 )的磁場的尾緣(trailing edge)與孔211不重合，該磁場的尾緣在寫入過程中控制數據島的最終寫入狀態，所以PLL280將不實時地提供即時的寫同步信息。在寫極162與孔211之間存在物理距離(在圖5中示出為"D"),這要求固定的相偏移施加到來自信號調節電路272的信號與寫時鐘信號190之間。從而採用移相器274施加適當的相偏移，移相器274可以是可編程的移相器。通過在
14相位檢測器282的輸出發送到補償器283之前添加偏移到相位;險測器282的輸出，這種類型的移相器功能也可以在PLL280自身內被實現。寫極162與孔211之間的此物理偏移(其可以在數量級上為數百個島的寬度)是期望使用PLL280替代直接從信號調製電路272的輸出得到寫時鐘的一個原因。在孔下的特定島的形狀或布置上的任何史化可以引起脈沖形狀或計時的變化，其不應被施加為與正在寫入不同的島的寫時鐘同步。PLL280的作用是在許多島上平均來自輻射檢測器260的信號的影響，應用結果以調節在某個範圍的寫時鐘信號l卯的平均相位。由於在補償器283內的濾波器(未示出)，PLL 280具有平均作用。PLL 280在許多島上進行"平均"的原因是因為與
當VCO隨時間緩慢地進行(也就是，補償器的響應時間比VCO的一個循環長得多)時，PLL是穩定的。對PLL280合適的補償器283的直接示例是積分器(integrator )。參考信號273的每個脈衝(循環)的相位誤差僅對積分器的積分輸出引起小的變化。PLL 280的響應時間需要足夠快以響應真實的機械速度變化(例如那些由於盤偏心(disk eccentricity)和馬達齒隙(motorcogging)引起的那些)以及系統中的機械振動，這些機械速度變化和機械振動是需要跟隨的變化和幹擾，從而寫時鐘信號190可以;波調節。PLL 280的響應時間不應比需要的更快，因為較快的響應增大了 PLL 280中的噪聲。
來自輻射檢測器260的輸出是時間相關的電壓輸出，該電壓輸出通過高速高增益(gain)跨阻抗放大器收集由光電二極體或其它光檢測器組件產生的光電流而產生。光^r測器的增益和帶寬必須符合介質速度(島經過近場轉換器的速度)和光通道反射功率規範(specification )。具有1Tbit/ii^的真實密度和10m/s的介質速度的盤驅動器的工作帶寬是400MHz，當光電流在約5-10femto-A/sqrt(Hz)數量級時將需要109V/A或更大的增益以處理在峰之間(peak-to-peak) 1-lOmV範圍內的信號。這些值會需要在期望的工作波長具有小電容和高量子效率的光檢測器。來自光^r測器的信號的隨後的處理將包括電壓閾值檢測器，電壓閾值檢測器能夠使光檢測信號轉變成方波，該方波表示分別對應島和間隔的高反射率區和低反射率區。
如上所述的並用各種島的簡圖示出的寫同步系統和方法可以在常規的模擬和數字硬體元件或在軟體中實現。伺服控制處理器或盤驅動器中的其它微處理器可以採用該處理器可訪問的存儲器中存儲的電腦程式中實現的算法來執行該方法或部分該方法。
儘管已經參照優選實施例具體示出並描述了本發明，但本領域技術人員應當理解，可以在形式和細節上做出各種變化而不背離本發明的精神和範圍。因此，所A異"勞日月"妯i人^罷說印
定的範圍內
權利要求
1.一種圖案化介質磁記錄盤驅動器，包括可旋轉的磁記錄盤，具有多個數據軌道，每個數據軌道圖案化為由非磁性間隔分隔開的離散的可磁化數據島；輻射源，當所述盤旋轉時引導輻射到所述島和所述間隔；輻射檢測器，檢測被反射的輻射並提供輸出信號，該輸出信號響應所述輻射是被引導到島還是被引導到間隔而變化；寫頭，當所述盤旋轉時產生寫脈衝以磁化所述島；以及寫時鐘，響應所述輻射檢測器的輸出信號並耦合到所述寫頭以控制由所述寫頭產生的所述寫脈衝。
2. 如權利要求1所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，還包括光波導和近 場轉換器，用於將來自所述輻射源的輻射傳輸到所述島和所述間隔，所述光 波導《I導輻射到所述近場轉換器，其中所述輻射檢測器檢測從所述近場轉換 器反射的輻射，並且其中被反射的輻射通過所述島存在於所述轉換器下來調 制。
3. 如權利要求2所述的圖案化介質^茲記錄盤驅動器，其中所述近場轉換 器是孔並具有從由C形、H形和蝴蝶領結形組成的組中選出的形狀。
4. 如權利要求2所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，其中所述近場轉換 器由從Cu、 Au、 Ag、和Al組成的組中選出的材料形成，並且其中所述近場 轉換器具有小於所述輻射的波長的特徵尺寸。
5. 如權利要求4所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，其中所述近場轉換 器包括具有周期性褶皺的金屬膜。
6. 如權利要求2所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，還包括用於將所述 寫頭支撐在所述盤附近的頭載體，並且其中所述光波導和所述近場轉換器位 於所述頭載體上。
7. 如權利要求6所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，其中所述輻射源包 括在所述頭載體上的雷射二極體。
8. 如權利要求1所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，其中所述寫時鐘包 括鎖相環，該鎖相環具有相位檢測器和壓控振蕩器，所述相位;險測器響應於 所述輻射;f企測器的輸出信號，所述壓控振蕩器產生寫時鐘信號。
9. 如權利要求8所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，還包括耦合到所述壓控振蕩器的移相器，用於在所述輻射檢測器的輸出信號與所述寫時鐘信號 之間4是供相位偏移。
10. 如權利要求1所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，其中所述島包括 柱而所述間隔包括凹槽，並且其中所述輻射檢測器的輸出信號表示當所述柱 在所述轉換器下時從所述近場轉換器反射的輻射與當所述凹槽在轉換器下時 從所述近場轉換器反射的輻射之間的強度上的差異。
11. 如權利要求1所述的圖案化介質磁記錄盤驅動器，其中所述數據島 是可垂直》茲化的，並且其中所述寫頭包括垂直寫頭。
12. —種垂直磁記錄盤驅動器，包括可旋轉的圖案化介質垂直磁記錄盤，其包括基板，多個離散的柱圖案化 在所述基板上並被凹槽分隔，所述柱包含垂直可磁化的磁記錄材料並布置在 基本圓形的數據軌道中；頭載體，具有面對盤的表面；光通道和耦合到該光通道的近場轉換器，用於將輻射傳導到所述柱和所 述凹槽，所述光通道和所述近場轉換器位於所述頭載體上，所述近場轉換器 具有基本位於所述面對盤的表面處的輻射出射面，並且所述柱與所述出射面 之間的間隔小於所述輻射的波長；輻射源，當盤旋轉時引導輻射通過所述光通道和所述近場轉換器而到達 所述柱和所述凹槽；輻射^r測器，響應從所述近場轉換器反射且通過所述光通道的輻射而提 供輸出信號，所述輻射檢測器的輸出信號表示當所述盤旋轉時並且當所述柱 和所述凹槽經過所述輻射出射面時被反射的輻射的變化；垂直記錄寫頭，包括導電線圈和寫極，當所述盤旋轉時所述線圈產生寫 脈沖以使所述寫極^茲化所述柱；以及寫時鐘控制電路，響應所述輻照檢測器的輸出信號並耦合到所述寫頭， 以產生寫時鐘信號來控制由所述線圈產生的所述寫脈衝。
13. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述近場轉換器是 孔並具有從由C形、H形和蝴蝶領結形組成的組中選出的形狀。
14. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述近場轉換器由 從Cu、 Au、 Ag和Al組成的組中選出的金屬形成，並且具有小於所述輻射的波長的特4正尺寸。
15. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述近場轉換器包 括具有周期性褶皺的金屬膜。
16. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述輻射源包括在所述頭載體上的雷射二極體。
17. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述輻射檢測器是光電二極體。
18. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述寫時鐘控制電 路包括鎖相環，該鎖相環具有相位^r測器和壓控振蕩器，所述相位^r測器響 應所述輻射斥全測器的輸出信號，所述寫時鐘控制電路產生所述寫時鐘信號。
19. 如權利要求18所述的垂直磁記錄盤驅動器，還包括耦合到所述壓控 振蕩器的移相器，用於在所述輻射檢測器的輸出信號與所述寫時鐘信號之間 提供相位偏移。
20. 如權利要求12所述的垂直磁記錄盤驅動器，其中所述近場轉換器與 所述寫極在所述頭載體上彼此物理地偏移，並且還包括用於通過表示該偏移 的值來調節所述寫時鐘信號的裝置。
全文摘要
本發明提供了一種磁記錄盤驅動器。圖案化介質磁記錄盤驅動器採用光學系統來精確地計時寫入數據。盤具有圖案化為離散的可磁化數據島的同心數據軌道，島之間為非磁性間隔。當盤旋轉時，輻射源引導近場輻射到島和間隔，輻射檢測器接收被反射的輻射。輻射從源引導通過氣墊滑塊上的光通道或波導，該氣墊滑塊支撐讀頭和寫頭。光通道或波導在滑塊的面對盤的表面處具有近場轉換器，在該表面處近場輻射出射並且被反射的輻射返回。被反射的光功率基於近場轉換器是耦合到島還是間隔而不同，因此當盤旋轉時輻射檢測器輸出信號表示島的頻率和相位。寫時鐘響應輻射檢測器的輸出信號，因此當盤旋轉時寫時鐘信號的頻率和相位可以被匹配到島的頻率和相位。
文檔編號G11B5/00GK101673552SQ20091017435
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月11日 優先權日2008年9月11日
發明者加布裡埃爾·澤爾策, 巴裡·C·斯蒂普, 託馬斯·R·阿爾布雷克特, 曼弗雷德·E·沙貝斯 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司