熱輔助記錄頭及其製造方法

2024-01-29 16:53:15 1

專利名稱：熱輔助記錄頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及數據存儲系統，更特別地，涉及用於熱輔助記錄的具有近場換能器(transducer)的寫頭。
背景技術：
計算機的核心是磁碟驅動器，磁碟驅動器通常包括旋轉磁碟、具有讀頭和寫頭的滑塊、在旋轉盤上方的懸架和擺動懸架從而將讀和/或寫頭置於旋轉盤上的選定環形道上方的致動器臂。當盤不旋轉時，懸架將滑塊偏置得接觸盤的表面(在一些盤驅動器中，有加載/卸載坡道，從而不發生與盤接觸)；然而，當盤旋轉時，空氣被與滑塊的氣墊面(ABS)相鄰的旋轉盤旋動，導致滑塊騎在空氣承墊上，距旋轉盤的表面一小的距離。當滑塊騎在空氣承墊上時，寫和讀頭被用來寫磁印到旋轉盤和從旋轉盤讀取磁信號場。讀和寫頭連接到根據電腦程式操作的處理電路從而實施寫和讀功能。 當前對盤驅動器中使用的磁介質的更高存儲位密度的探求已經將數據單元的大小(體積)減小到單元尺寸受限於磁材料的顆粒尺寸(grain size)的程度。儘管顆粒尺寸能進一步減小，但是擔心存儲於單元內的數據不再是熱穩定的，因為在環境溫度的隨機熱波動足以擦除數據。該狀態描述為超順磁極限，其確定給定磁介質的最大理論存儲密度。該極限可通過增大磁介質的矯頑力或者降低溫度來得到提升。當設計硬碟驅動器用於商業和消費用途時，降低溫度不是實用的選擇。提高矯頑力是實用方案，但是需要採用更高磁矩材料的寫頭或者諸如垂直記錄的技術(或者兩者)。 已經提出了另一方案，其採用熱來降低磁介質表面上的局部區域的有效矯頑力且在該加熱區域中寫數據。在冷卻介質至環境溫度後，數據狀態變成"固定的"。該技術寬泛地稱為"熱輔助(磁)記錄"，TAR或TAMR。它能應用到縱向或垂直記錄系統，儘管現有的最高密度存儲系統更可能是垂直記錄系統。介質表面的加熱已通過多種技術實現，例如聚焦雷射束或近場光源。 授予Stancil等人的美國專利No. 6， 999， 384公開了磁介質的近場加熱，在此通過引用而包括該專利。 需要的是進一步改善TAR系統的途徑。

發明內容
根據一實施例的裝置包括近場換能器，該近場換能器包括導電金屬膜，所述導電金屬膜具有主體和從主體延伸的脊；以及用於照射該近場換能器的光學波導，該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開小於100nm且大於0nm。 根據另一實施例的裝置包括近場換能器，該近場換能器包括導電金屬膜；以及用於照射該近場換能器的光學波導，該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開小於100nm且大於10nm。 根據另一實施例的方法包括形成近場換能器結構；去除部分近場換能器結構；形成與該近場換能器結構的剩餘部分相鄰的包層，其中部分包層沿該近場換能器結構的該剩餘部分延伸；以及在該包層上方形成芯層。 根據另一實施例的方法包括形成下包層；在該下包層上形成近場換能器結構；去除部分近場換能器結構；形成第二包層，該第二包層與該近場換能器結構的剩餘部分相鄰且在該下包層上方，其中部分第二包層沿該近場換能器結構的該剩餘部分延伸；以及在該第二包層上方形成芯層。 這些實施例中的任何一個可以實施在磁數據存儲系統例如盤驅動系統中，其可以包括磁頭、用於使磁介質(例如硬碟)經過磁頭的驅動機構、以及電耦接到磁頭的控制器。
本發明的其他方面和優點將從下面的詳細描述變得顯然，下面的詳細描述結合附圖以示例的方式說明了本發明的原理。


為了充分理解本發明的本質和優點，以及優選使用模式，請結合附圖參考下面的詳細說明。
圖1是磁記錄盤驅動系統的簡化圖； 圖2A是使用縱向記錄形式的記錄介質的示意性截面 圖2B是用於圖2A的縱向記錄的常規磁記錄頭和記錄介質組合的示意

圖2C是使用垂直記錄形式的磁記錄介質；
圖2D是用於在一側的垂直記錄的記錄頭和記錄介質組合的示意圖；圖2E是適用於分別在介質兩側記錄的記錄裝置的示意圖；圖3A是具有螺旋線圈(helical coil)的垂直磁頭的一具體實施例的剖視3B是具有螺旋線圈的背負式磁頭的一具體實施例的剖視圖；圖4A是具有環回線圈(looped coil)的垂直磁頭的一具體實施例的剖視圖；圖4B是具有環回線圈的背負式磁頭的一具體實施例的剖視圖；圖5A是根據一實施例設計的薄膜垂直寫頭的局部剖視圖；圖5B是根據一實施例，圖5A中的細節5B的局部放大剖視圖；圖6A是根據一實施例的近場換能器的頂視圖6B是根據一實施例包括近場換能器的結構的側視圖；圖7A是根據一實施例包括近場換能器的結構的側視圖7B是根據一實施例從圖7A中的線7B取得的結構的下部的頂視圖；圖7C是根據一實施例從圖7A中的線7C取得的結構的上部的頂視圖；圖7D是根據一實施例的主極的拖尾視圖7E是根據一實施例的主極的頂視圖8A是根據一實施例的包括近場換能器的結構的側視圖；圖8B是根據一實施例的包括近場換能器的結構的側視圖；圖9A是根據一實施例的近場換能器的頂視圖9B是根據一實施例的包括近場換能器的結構的側視圖。
具體實施例方式
下面的說明是用於示範本發明的基本原理且不意味著限制這裡主張的發明概念。此
外，這裡描述的具體特徵可以與其他所描述的特徵以各種可行組合和置換的每種結合使用。 除非這裡另外明確定義，否則全部術語將被賦予其最寬可行解釋，包括從說明書
推出的含義以及本領域技術人員理解的和/或字典、論文等定義的含義。 還必須注意，在說明書和所附權利要求書中使用時，單數形式"一"、"一個"和"所
述"包括複數個指代物，除非另外指定。 下面的說明公開了基於盤的存儲系統和/或相關系統及方法，及其操作和/或組成部件的若干優選實施例。 在一普通實施例中，一種裝置包括近場換能器，該近場換能器包括導電金屬膜，
該導電金屬膜具有主體和從該主體延伸的脊；以及用於該近場換能器的輻照的光學波導，
該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開小於約100納米且大於0納米。
在另一普通實施例中，一種裝置包括包括導電金屬膜的近場換能器；以及用於
該近場換能器的輻照的光學波導，該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開小於約
100納米且大於約10納米。 在又一普通實施例中，一種方法包括形成近場換能器結構；去除該近場換能器結構的一部分；形成與該近場換能器結構的剩餘部分相鄰的包層，其中部分包層沿該近場換能器結構的所述剩餘部分延伸；以及在該包層上形成芯層。 在又一普通實施例中，一種方法包括形成下包層；在該下包層上形成近場換能器結構；去除該近場換能器結構的一部分；形成與該近場換能器結構的剩餘部分相鄰且在該下包層的上方的第二包層，其中部分第二包層沿該近場換能器結構的所述剩餘部分延伸；以及在該第二包層上形成芯層。 現在參照圖l，示出根據本發明一實施例的盤驅動器100。如圖1所示，至少一個可旋轉磁碟112支承在主軸114上且被盤驅動馬達118旋轉。每個盤上的磁記錄通常是盤112上的同心數據道(未示出)的環形圖案形式。 至少一個滑塊113位於盤112附近，每個滑塊113支承一個或更多磁讀/寫頭121。盤旋轉時，滑塊113在盤表面122上方徑向進出移動從而頭121可訪問盤的記錄所需數據和/或將要寫入所需數據的不同的道。每個滑塊113通過懸架115連接到致動器臂119。懸架115提供輕微的彈力，其偏置滑塊113倚著盤表面122。每個致動器臂119連接到致動器127。如圖1所示的致動器127可以是音圈馬達(VCM)。音圈馬達包括在固定磁場中可移動的線圈，線圈移動的方向和速度受控於控制器129提供的馬達電流信號。
在盤存儲系統的操作期間，盤112的旋轉產生滑塊113和盤表面122之間的空氣承墊，其對滑塊施加向上的力或舉力。因此，在正常操作期間，空氣承墊平衡懸架115的輕微彈力並支承滑塊113離開盤表面且以一小的基本恆定的間距稍微位於盤表面上方。注意，在一些實施例中，滑塊113可以沿盤表面122滑動。 盤存儲系統的各種組元在操作上受控於控制單元129產生的控制信號，例如存取控制信號和內部時鐘信號。通常，控制單元129包括邏輯控制電路、存儲器(例如記憶體)和微處理器。控制單元129產生控制信號從而控制各種系統操作，例如線123上的驅動馬達控制信號和線128上的頭定位和尋道控制信號。線128上的控制信號提供期望的電流曲線從而優化地移動和定位滑塊113到盤112上的期望的數據道。讀和寫信號通過記錄通道125傳到讀/寫頭121且從其傳出。 上面對普通磁碟存儲系統的描述以及附圖1僅用於示範。應顯然的是，盤存儲系統可包含多個盤和致動器，每個致動器可支承多個滑塊。 還可提供接口 (interface)以用於盤驅動器和主機(集成的或外部的)之間的通訊，從而發送和接收數據且用於控制盤驅動器的操作並將盤驅動器的狀態傳送到主機，全都如本領域技術人員將理解的那樣。 在一般的頭中，感應寫頭包括嵌入在一個或多個絕緣層(絕緣堆疊)中的線圈層，絕緣堆疊位於第一和第二極片層之間。間隙通過寫頭氣墊面(ABS)處的間隙層形成於第一和第二極片層之間。極片層可在背間隙處連接。電流通過線圈層傳導，這在極片中產生磁場。磁場跨ABS處的間隙彌散以用於寫磁場信息位在移動介質上的道中，例如在旋轉磁碟上的環形道中。 第二極片層具有從ABS延伸到展開點的極尖部分和從展開點延伸到背間隙的軛部分。展開點是第二極片開始加寬(展開)以形成軛的地方。展開點的定位直接影響產生來在記錄介質上寫信息的磁場的大小。 圖2A示意性示出例如與磁碟記錄系統(諸如圖1所示的) 一起使用的常規記錄介質。該介質用於在介質本身的平面內或與介質本身平面平行地記錄磁疇。記錄介質(該例中為記錄盤)基本上包括合適的非磁材料例如玻璃的支承襯底200和合適的常規磁層的上塗層202。 圖2B示出常規記錄/重放頭204 (其可優選為薄膜頭)與常規記錄介質(例如圖2A所示的)之間的操作關係。 圖2C示意性示出與磁碟記錄系統(例如圖1所示的) 一起使用時基本垂直於記錄介質表面的磁疇取向。對於這樣的垂直記錄，介質一般包括具有高磁導率的材料的襯層212。該襯層212又提供以相對於襯層212優選具有高矯頑力的磁材料的上塗層214。
圖2D示出垂直頭218與記錄介質之間的操作關係。圖2D所示的記錄介質包括上面關於圖2C描述的高磁導率襯層212和磁材料上塗層214兩者。然而，這些層212和214兩者示為應用於合適的襯底216。通常，還有稱為"交換中斷"層或"中間層"的額外層(未示出)在層212與214之間。 在該結構中，延伸於垂直頭218的極之間的磁通線環回進出記錄介質的上塗層
214，記錄介質的高磁導率襯層212使磁通線沿基本垂直於介質表面的方向通過上塗層
214，從而以磁疇形式在磁材料的上塗層214中記錄信息，所述磁材料相對於襯層212優選
具有高矯頑力，所述磁疇具有基本垂直於介質表面的磁化軸。磁通通過軟磁襯層212被引
導回到頭218的返回極(Pl)。 圖2E示出類似結構，其中襯底216在其兩個相反面的每個上承載層212和214，合適的記錄頭218定位得在介質的每側鄰近磁塗層214的外表面，允許在介質每側記錄。
圖3A是垂直磁頭的剖視圖。在圖3A中，螺旋線圈310和312用於在針極(stitchpole) 308中產生磁通，針極308又傳送磁通到主極306。線圈310表示從頁面延伸出來的線圈，而線圈312表示延伸到頁面中的線圈。針極308可以從ABS 318縮進。絕緣體316圍繞線圈且可為一些元件提供支承。介質行進的方向，如結構右方的箭頭所示，移動介質首
7先經過下面的返回極314，然後經過針極308、主極306、拖尾屏蔽件304 (其可連接到包繞屏蔽件(未示出))，且最後經過上面的返回極302。這些組元中的每個可具有與ABS 318接觸的部分。ABS 318示出為越過結構右側。 垂直寫入通過迫使磁通通過針極308到主極306中且然後到盤的朝向ABS 318定位的表面而實現。 圖3B示出具有與圖3A的頭類似的結構的背負式磁頭。兩個屏蔽件304、314在針極308和主極306側面。還示出傳感器屏蔽件322、324。傳感器326通常定位在傳感器屏蔽件322、324之間。 圖4A是一實施例的示意圖，其使用環回線圈410，有時稱為扁平結構，以向針極408提供磁通。針極又將磁通提供到主極406。在該取向中，下面的返回極是可選的。絕緣體416圍繞線圈410，且可為針極408和主極416提供支承。針極可從ABS 418縮進。介質行進的方向，如結構右方的箭頭所示，移動介質首先經過針極408、主極406、拖尾屏蔽件404(其可連接到包繞屏蔽件(未示出))，且最後經過上面的返回極402，這些組元全部可以或可以不具有與ABS 418接觸的部分。ABS 418示出為越過結構右側。在一些實施例中，拖尾屏蔽件414可以接觸主極406。 圖4B示出具有與圖4A的頭類似的特徵的另一類背負式磁頭，包括環回線圈410，其旋轉環回從而形成環回線圈412。還示出傳感器屏蔽件422、424。傳感器426通常位於傳感器屏蔽件422、424之間。 在圖3B和4B中，可選的加熱器328、428分別示為在磁頭的非ABS側附近。加熱器328、428還可以包括在圖3A和4A所示的磁頭中。該加熱器的位置可基於設計參數例如期望突出的位置、周圍的層的熱膨脹係數等而改變。 熱輔助記錄(TAR)是記錄信息到磁記錄介質例如盤、帶等上面的方法。本發明的一普通動機涉及用於TAR的縮進電介質波導設計和與近場光學換能器的集成。波導芯可以優選地從換能器縮進一距離，該空間可填充有低折射率電介質材料，導致光學效率的顯著增強。在一優選實施例中，縮進空間中的低折射率電介質材料可以在近場換能器的製造之後利用各向異性沉積來沉積，接著是高折射率芯材料的沉積。 根據一些實施例，對於將要實現的TAR，可以有利地將熱高效地限制到單個數據道附近(示例性數據道可以為約40nm寬或更小)。候選的近場光源通常使用低損耗金屬(Au、Ag、 Al、 Cu等)，其以一方式成形從而當光入射時在位於滑塊ABS處的末端頂點處集中表面電荷運動。振蕩末端電荷(oscillating tip charge)可以產生諧振電荷運動(表面等離子體激元)，從而進一步增加強度且增強盤加熱。例如，當偏振光(polarized light)與三角形金板的角對準時，強的近場模式(near-field pattern)可產生在該角處。諧振電荷運動可以通過調節三角形尺寸以使表面等離子體激元頻率匹配入射光頻率而發生。另一近場換能器是從微波電路應用到光頻率的脊槽波導(ridge slotwaveguide)(也稱為C孔)。該形狀可通過包括金屬厚度的五個參數表徵。光偏振可與脊對準且入射光可在脊的末端聚集表面電荷。 過去，銀中的脊波導已經在8nm的金屬到金屬飛高(fly-height)和516nm的波長處優化。此外，雖然當脊圖案用於在長槽附近激發表面等離子體激元且增強遠場傳輸時已經發現了窄諧振行為，但是對於各種C孔尺寸獲得的遠場測量顯示出譜偏移。這裡描述的大多數實施例涉及使用一些類型的脊波導來增強TAR中的寫性能。 上面通過引用而包含的授予Stancil等人的美國專利No. 6， 999， 384更詳細地描述了磁介質的近場加熱現象。 現在參照圖5A，示出根據一實施例的包括集成孔近場光源的薄膜垂直寫頭設計的局部剖視圖500。當然，該實施例可以與任意其他圖中描述的任何結構和系統結合使用。為了簡化和闡明存在的結構，間隔層、絕緣層和寫線圈層可從後面的圖和描述中省略。
繼續參照圖5A，寫頭包括下返回極層502、背間隙層(或多個層)504、上返回極層506和上極尖層508。下返回極層502還可具有在ABS處的下極尖(未示出)。根據一些實施例，層510是光學波導芯，被包層512圍繞。層510和512可以延伸穿過至少一部分背間隙層504。圓5B內的部件示於圖5B的放大圖中。線圈層(未示出)以及各種絕緣和間隔層(未示出)可居於ABS、背間隙504、下返回極502和上界定層506、508和512界定的腔內，如本領域技術人員將理解的那樣。層502、504、506和508可以包括合適的磁合金或材料，如本領域技術人員所知的那樣。示例性材料包括Co、 Ni和/或Fe以及他們的組合。層510可以包括合適的透光材料，如本領域技術人員所知的那樣。示範性材料優選包括1^205和/或1102。如所示出的那樣，芯層510具有沿其長度近似均一的橫截面。如本領域所公知，光學波導可具有多種其他可行設計，包括平面固態浸式反射鏡(Planar solidimmersionmirror，PSIM)或平面固態浸式透鏡(planar solid immersion lens)，其沿波導的長度具有非均一的芯橫截面。 圖5B是根據一實施例圖5A中的細節5B的局部放大剖視圖。極唇(polelip)516磁耦合到上極尖層508，且耦合到可選的磁臺階層514。孔518(也稱為脊孔(ridge即erture))、圍繞的金屬層520、以及極唇516構成近場孔光源(或者近場換能器)，其通過光學波導芯510被提供以光能。極唇516和可選的磁臺階層514可以包括合適的磁合金，
例如Co、Fe、Ni、及/或他們的組合等。金屬層520可以包括Cu、Au、Ag、及/或他們的合金等。 繼續參照圖5B，包層512的厚度可以標稱地為約200nm，但是取決於結構中其他層的尺寸而可以更厚或更薄。可選的磁臺階層514可以具有約150nm的標稱厚度(層508與510之間的尺寸)，約180nm的標稱深度(從層516測量到層512)極唇516可具有與層520的深度大致相等的標稱深度(從ABS測量)，值由近場光源的性能和屬性確定(見下面的示例)。極唇516的厚度可以從約150nm(具有可選的磁臺階層514)到約1微米改變，優選在約250nm和約350nm之間。可選的波導芯層510的厚度可以標稱地在約200nm和約400nm之間，足以覆蓋孔518的厚度(見圖6A)。 現在參照圖6A，根據一實施例示出近場換能器620的頂視圖。當然，該實施例可以與任何其他圖例如圖l-5B中描述的任何結構和系統結合使用。圖6A是近場換能器620的頂視圖，圖6B是包括近場換能器620的結構的側視圖。 如圖6A所示，可包括C孔602的近場換能器620包括在結構(600，圖6B)中，且可描述為具有場增強脊的等離子體激元器件。C孔602可被導電金屬膜604圍繞，這些組元兩者一起可構成近場換能器620，其可以包括具有主體和從主體延伸的脊的金屬膜604。在一些實施例中，導電金屬膜604可以基本是非三角形的。 在一些實施例中，金屬膜604還可以包括從主體延伸的翼。此外，磁材料層可以延伸在翼之間至少一部分距離。注意，導電金屬膜604可以由各種層形成，不必是一體形成的膜。 C孔602可以在三個側面隔離脊，且可包括Si02、 A1203或任何其他合適的材料，如 本領域技術人員所知的那樣。導電金屬膜604可以包括Au、 Cu、 Ag、及/或他們的組合等， 或者可包括本領域技術人員所知的任何其他合適的材料。 在一些實施例中，金屬膜604可具有替代C孔形成在其中的E天線(E-ante皿a) (描述於圖9A和9B中)。 圖6A示出的若干尺寸的值可以根據應用的具體需要來調節，下面的尺寸僅用於 示例，絕不限制本發明的範圍。每個尺寸可以根據結構600中其他層的尺寸而更大或更小。 在一些實施例中，a 1的長度可以約等於a 2的長度。此外，在一些實施例中，a 1和/或 a 2的長度可以優選地在約10nm和約50nm之間，例如約30nm。 在一些實施例中，a 3的長度可以優選地在約lOnm和約50nm之間，例如約15nm，
在一些實施例中，a 3的長度可以約等於a 1和/或a 2的長度的一半。 在一些實施例中，a4的長度可以優選地在約60nm和約250nm之間，例如約
130nm。 在圖6B中，示出根據一實施例的結構600的側視圖。C孔602可以被導電金屬膜 604圍繞。C孔602的高度P2可以在約30nm和約300nm之間，且可以根據與光波長的關 系來設置。在C孔602上方，芯層610可由Ti02、Ta205等形成，或者由本領域技術人員所知 的任何其他合適的材料形成。芯層610可以通過形成縮進(recess)612的材料的薄層與C 孔602隔絕，所述形成縮進612的材料包括低折射率材料如A1203、 Si02等。在一些實施例 中，縮進612和C孔602可包括相同材料。 一般地，低折射率材料可以是具有約1.75以下 折射率的任何材料。 在一些實施例中，近場換能器620可以通過具有厚度13 3的縮進612與可包括芯 層610和圍繞的包層的光學波導分隔開，厚度P3大於約0nm且小於或等於約100nm。在另 一些方案中，光學波導可以與近場換能器620間隔開約100nm和約10nm之間，約80nm和約 10nm之間，約60nm和約10nm之間，約100nm和約20nm之間，約100nm和約40nm之間等。
繼續參照圖6B，氣隙614可存在於近場換能器620之下，具有約lnm和約50nm之 間的厚度Pl，其可以用作頭與包括記錄層608的盤的表面之間的間隙。記錄層608可以由 本領域技術人員所知的任何合適的材料形成，例如CoPt或FePt。在記錄層608下面，可以 形成熱沉606 ，如本領域技術人員所知的那樣。 如本領域技術人員所使用的那樣，其他層或層的組合可用在結構600或盤中，包 括絕緣層、粘合層等。此外，關於結構600描述的任何層可以包括多層，所述多層可以是或 可以不是相同材料。 現在參照圖7A，示出根據一實施例的從另一結構700的中間取得的剖視圖。結構 700可以是具有近場換能器714和集成的波導的磁頭，近場換能器714可包括C孔或E天 線，E天線包括導電金屬膜(604，圖7B)，波導可用於照射近場換能器714，光學波導的導光 芯層712與近場換能器714間隔開距離13 3。當然，該實施例可以與圖l-6B中描述的任何 結構和系統結合使用。該結構可包括主極704，主極704可包括本領域技術人員所知的任何 材料，例如NiFe、 CoFe、 CoNiFe等。主極704可具有形成在主極704的下部分附近的臺階708。此外，主極704可具有形成在ABS 716附近的唇706。 在一些實施例中，距離P3可以小於約100nm且大於約10nm。在另一些方案中， 光學波導可以與近場換能器714間隔開約80nm和約lOnm之間，約60nm和約lOnm之間，約 lOOnm和約20nm之間，約lOOnm和約40nm之間等。 主極704旁邊，可以形成下包層710，下包層710可以將主極704與芯層712中的
光傳播隔離。如本領域技術人員所知的那樣，下包層710可以由任何低折射率隔離材料形
成，例如A1A、S叫等。金屬膜(604，圖7B)和磁唇706之間的間隙或孔可以填充有光學透
明或幾乎透明的材料，例如Si02、Al203等，如本領域技術人員所知的那樣。 此外，隔離層可以形成近場換能器714與光學波導的芯層712之間的薄層，形成近
場換能器714與芯層712之間的縮進。近場換能器714與芯層712的分隔使得結構700的
光學效率顯著提升。 芯層712—般用於傳送光能到盤表面，由此引起盤表面的局部加熱。芯層712可以 包括任何高折射率材料，例如Ti02、Ta205等，或者可包括本領域普通技術人員所知的任何其 他材料。在芯層712上，可用本領域技術人員所知的任何材料形成上包層702，例如A1203、 Si(^等。此外，包層718可以形成在主極704之上。根據一些實施例，下包層710還可形成 光學波導和近場換能器714之間的縮進。 圖7B示出根據一實施例結構700的從圖7A中的線7B取得的ABS視圖。如圖所 示，主極704可形成朝向近場換能器714延伸的磁唇706。孔602可在三側被導電金屬膜 604例如Au、Ag、Cu等圍繞。孔602中的凹口 (notch)也可以填充有導電金屬膜604。金屬 膜604的不與磁唇706接觸的三個側面可以與包層702相鄰。 —般地，近場換能器光源包括置於導電金屬膜中的矩形？L。在一些實施例中，近場 換能器可以是C孔或E天線。適當頻率的光被引導到孔/天線和圍繞的金屬膜上。
在本實施例中，光通過光學波導芯層712被引導到包括C孔602和圍繞的金屬膜 604的近場換能器714。延伸到C孔602的中心部分中的是導電脊，通常是圍繞的金屬膜 604的延伸。入射的沿與脊平行的方向偏振的輻照產生近場光源，其在脊的末端與相對的孔 602的邊界之間的間隙中出現為靠近脊的末端或者在脊的末端處。在本實施例中，磁唇706 位於該相對邊界處，近場光源定位得非常接近磁唇706。 注意，磁唇706構成了圍繞C孔602的金屬區域的組合部分。在常規結構的近場 光源中，圍繞C孔的整個金屬區由高導電金屬例如Cu、 Ag或Au構成。常規C孔的現有技 術模擬研究顯示，需要高導電金屬以優化近場光源的光輸出，且已經假定了圍繞C孔的整 個金屬區需要由高導電材料構成。這基本要求任何(磁)極材料設置在圍繞孔的導電區以 外，限制了光學熱源到極尖的接近，排除了雙梯度記錄的使用。開發本實施例時進行的研究 已經揭開了未預期到的進展，即與換能器材料604大約相同高度的磁唇706能替代圍繞C 孔602的一部分高導電層604而對光學效率有極小的影響，假如磁唇706與孔602接界且 位於脊末端的對面。這將寫頭的有效極尖定位得非常接近近場光源產生的熱區，所述熱區 位於脊的末端與磁唇706的邊緣之間。 圖7C示出根據一實施例結構700的從圖7A的線7C取得的剖視圖。如在遠離ABS 716的此位置所示，結構700可基本稱為光學波導。包層702可圍繞隔離層710和芯層712 形成的結構的三側，另一包層718可形成在剩餘側。芯層712可具有矩形橫截面，或者如本領域技術人員所選擇那樣的任何其他橫截面輪廓，諸如正方形、三角形、圓形等。還可以使 用其他波導結構，例如固態浸式反射鏡、固態浸式透鏡等。 在圖7A-7C每個中，圖的最左部分可進一步延伸且可以形成更多形狀並可以包括 額外的層。此外，如本領域技術人員所使用的那樣，其他層和層的組合可以用在結構700 中，包括絕緣層、粘合層等。此外，關於結構700描述的任何層可以包括多層，該多層可以是 或者可以不是相同材料的。 現在參照圖7D，示出根據一實施例的主極704的拖尾視圖。如圖所示，主極704可 以從下部分起向外展開，高度尺寸e4表示臺階的高度(708，圖7A)，其可以在約100和約 1000nm之間，優選約500nm。高度尺寸e 2表示極唇(706，圖7A)的高度，其可以在約20nm 和約200nm之間，優選約90nm。此外，寬度尺寸e 3表示臺階(708，圖7A)的寬度，其可以在 約200nm和約2000nm之間，優選約1000nm。寬度尺寸e 1表示極唇(706，圖7A)的寬度， 其可以在約100nm和約1000nm之間，優選約600nm。 現在參照圖7E，示出根據一實施例的主極704的局部ABS視圖。可以看出，主極 704可具有較窄部分和較厚部分。根據一些實施例，尺寸e5和e6可以大約相等。此外， 尺寸e5和e 6可以在約200和2000nm之間，優選約1000nm。尺寸e7可以在約70nm和 約700nm之間，優選約350nm。尺寸e 8可以在約100nm和約1000nm之間，優選約600nm。
關於圖7D和7E或者任何其他實施例描述的每個尺寸可以更大或更小，取決於頭 和系統中的組元的具體尺寸和形狀。 圖8A和8B示出根據具體實施例的兩個供選結構，其具有縮進802，縮進802可以 將芯層712與近場換能器714隔離開。當然，這些實施例可以與圖l-7E中描述的任何結構 和系統結合使用。在圖8A中，磁唇706和近場換能器714 (在本實施例中近場換能器714包 括導電金屬膜604和孔602)可以在包層710之前形成，然後被蝕刻或者離子研磨以形成背 壁(back wall)。然後縮進802可以形成作為單個連續的包層710，可以通過例如下包層材 料的各向異性沉積來形成包層710，接著沉積芯材料以形成芯層712。化學機械拋光(CMP) 可用於平坦化該結構且可以去除近場換能器714之上的包層材料和芯材料。
在圖8B中，縮進802可以由包層806形成，其可以是下包層804之外的單獨的層。 在該實施例中，可以形成下包層804的大部分，在該實施例中包括導電金屬膜604和孔602 的近場換能器714可以形成在下包層804上。磁唇706形成在近場換能器714上。近場換 能器714和磁唇706然後可以被蝕刻或離子研磨從而形成背壁，在形成近場換能器714和 磁唇706之後可以通過額外包層材料的各向同性沉積而形成包層806。然後通過沉積芯材 料，接著CMP平坦化該結構且去除換能器之上的包層材料和芯材料，可以形成芯層712。
圖8B的結構還包括極臺階708和極704，其可以在一個或更多處理步驟中由相同 磁材料形成。在極臺階708和芯層712之間，可以形成上包層710。 在一些實施例中，至少一個包層806可以沉積在芯層712和近場換能器714之間。 此外，包層806中的至少一個可以與芯層712的平行於芯層712的軸延伸的側面以及芯層 712的垂直於芯層712的軸延伸的側面直接相鄰。此外，包層804中的至少一個可以在近場 換能器714下方延伸，如圖8B所示。 現在參照圖8A，描述用於形成一結構的方法。該方法包括形成近場換能器714結 構。部分近場換能器714可以通過蝕刻或離子研磨，或者本領域技術人員所知的一些其他技術被去除。 一旦形成了近場換能器714的背壁，可以與近場換能器714結構的剩餘部分 相鄰地形成包層710，其中部分包層710可以沿近場換能器714結構的剩餘部分延伸。現 在，芯層712可以形成在包層710之上。 在一些實施例中，近場換能器714可以具有形成在其中的C孔602。在另一些實施 例中，近場換能器714可以具有形成在其中的E天線(在下面描述)。 在一些實施例中，該方法包括形成可封圍芯層712的包層，至少一個包層可沉積 在芯層712與近場換能器714之間。 在一些其他實施例中，如圖8B所示，包層804可以延伸於近場換能器714下方。此 外，芯層712可以位於兩個包層804、806上方。 在一些實施例中，至少一部分近場換能器714可以包括磁材料，例如Fe、Ni、Co、及 /或他們的組合等。 圖9A和9B示出稱為E天線902的供選實施例。當然，該實施例可以與圖1_8B中 描述的任何結構和系統結合使用。E天線902可以用作具有場增強脊908的等離子體激元 器件，類似於前面描述的C孔。E天線902包括圖9A中的虛線分開的四部分體部分910， 兩個翼部分906和凹口部分908。這些部分中的每個可以在單個工藝中形成，或者可以單 獨形成然後連接。E天線902可以包括任何低損耗金屬(low loss metal)例如Au、Cu、Ag 等，如本領域技術人員所知的那樣。特別地，體910和脊908可優選包括Au、Cu、Ag、及/或 他們的組合。電介質層904可圍繞E天線902，且可以包括本領域技術人員所知的任何合適 的材料，例如Si02。 在圖9A中，示出四個尺寸。尺寸Cp 1可以在約5nm和約50nm之間，優選約30nm。 尺寸9 2可以是尺寸Cp 1的大約一半，在一些實施例中，Cp 2可以在約5nm和約50nm之間。尺 寸(p3可以在約25nm和約250nm之間，優選約125nm。在一些實施例中，尺寸(p 3和尺寸9 4 可以大約相等。在一些實施例中，尺寸tp4可以在約25nm和約250nm之間，優選約125nm。 翼部分906應足夠大以用作體中形成的等離子體激元的電荷存蓄器。 現在參照圖9B，示出根據一實施例的E天線902的側視圖。E天線可具有約30nm 和約300nm之間的厚度P2，且可以根據與光的波長的關係來設置。氣隙614可形成在E天 線902之下，具有約lnm和約50nm之間的厚度P 1，可用作頭和盤表面之間的間隙，盤包括 記錄層608。在氣隙614之下，記錄層608可由任何合適的高磁各向異性材料形成，如本領 域技術人員所知的那樣，例如CoPt或FePt 。在記錄層608之下，可形成熱沉606 ，如本領域 技術人員所知的那樣。如圖9B所示，電介質層904可填充在E天線902周圍的空隙空間中。
應注意，這裡對於各種實施例中的至少一些給出的方法可以整體或部分地通過計 算機硬體、軟體、手動、或者利用專門設備、以及他們的組合等實施。 雖然上面已經公開了各種實施例，但是應理解，他們僅以示例而不是限制的方式 給出。因此，本發明的實施例的廣度和範圍不應局限於任何上述示範性實施例，而應僅依據 所附權利要求及其等價物來定義。
1權利要求
一種裝置，包括近場換能器，包括導電金屬膜，所述導電金屬膜具有主體和從該主體延伸的脊；以及光學波導，用於照射所述近場換能器，該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開小於約100nm且大於0nm。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中所述導電金屬膜具有形成在其中的C孔。
3. 如權利要求1所述的裝置，其中所述導電金屬膜具有E形。
4. 如權利要求1所述的裝置，其中所述導電金屬膜包括從所述主體延伸的翼。
5. 如權利要求4所述的裝置，還包括延伸在所述翼之間至少一部分距離的磁材料層。
6. 如權利要求1所述的裝置，其中所述導電金屬膜是基本非三角形的。
7. 如權利要求1所述的裝置，其中所述光學波導與所述近場換能器間隔開100nm和 10nm之間。
8. 如權利要求1所述的裝置，其中所述光學波導還包括封圍該芯層的包層。
9. 如權利要求8所述的裝置，其中所述包層中的至少一個位於所述芯層與所述近場換 能器之間。
10. 如權利要求9所述的裝置，其中所述包層的所述至少一個與所述芯層的平行於所 述芯層的軸延伸的側面和所述芯層的垂直於所述芯層的所述軸延伸的側面直接相鄰。
11. 如權利要求8所述的裝置，其中所述包層中的至少一個延伸於所述近場換能器之下。
12. 如權利要求8所述的裝置，其中所述芯層在兩個包層上方。
13. —種裝置，包括 近場換能器，包括導電金屬膜；以及光學波導，用於照射所述近場換能器，該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開 小於約100nm且大於約10nm。
14. 如權利要求13所述的裝置，其中所述導電金屬膜具有形成在其中的C孔。
15. 如權利要求13所述的裝置，其中所述導電金屬膜具有E形。
16. 如權利要求13所述的裝置，其中所述光學波導還包括封圍該芯層的包層，其中所 述包層中的至少一個位於所述芯層與所述近場換能器之間。
17. 如權利要求16述的裝置，其中所述光學波導還包括封圍該芯層的包層，其中所述 包層中的至少一個延伸於所述近場換能器之下。
18. 如權利要求16述的裝置，其中所述光學波導還包括封圍該芯層的包層，其中所述 芯層在兩個包層上方。
19. 一種方法，包括 形成近場換能器結構； 去除一部分所述近場換能器結構；形成與所述近場換能器結構的剩餘部分相鄰的包層，其中部分所述包層沿所述近場換 能器結構的所述剩餘部分延伸；以及 在所述包層上形成芯層。
20. 如權利要求19所述的方法，其中所述近場換能器結構具有形成在其中的C孔。
21. 如權利要求19所述的方法，其中所述近場換能器結構包括具有E形的導電金屬膜。
22. 如權利要求19所述的方法，其中所述近場換能器結構的至少一部分包括磁材料。
23. —種方法，包括 形成下包層；在所述下包層上形成近場換能器結構； 去除一部分所述近場換能器結構；形成第二包層，所述第二包層與所述近場換能器結構的剩餘部分相鄰且在該下包層 上，其中部分所述第二包層沿所述近場換能器結構的所述剩餘部分延伸； 在所述第二包層上形成芯層。
24. 如權利要求23所述的方法，其中所述近場換能器結構具有形成在其中的C孔。
25. 如權利要求23所述的方法，其中所述近場換能器結構包括具有E形的導電金屬膜。
全文摘要
本發明提供一種熱輔助記錄頭及其製造方法。根據一實施例，一裝置包括近場換能器，包括導電金屬膜，所述導電金屬膜具有主體和從該主體延伸的脊；以及光學波導，用於照射所述近場換能器，該光學波導的導光芯層與該近場換能器間隔開小於約100nm且大於0nm。在另一實施例中，一種方法包括形成近場換能器結構以及去除一部分所述近場換能器結構。該方法還包括形成與所述近場換能器結構的剩餘部分相鄰的包層，其中部分所述包層沿所述近場換能器結構的所述部分延伸；以及在所述包層上形成芯層。本發明還包括其他裝置的方法。
文檔編號G11B5/127GK101783143SQ20091026188
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者哈米德·巴拉馬恩, 小託馬斯·D·布恩, 尼爾·L·羅伯遜, 巴裡·C·斯蒂普, 蒂莫西·C·斯特蘭德 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司