使用多重鐵性記錄介質的電場輔助寫入的製作方法

2023-10-22 02:04:07 1

專利名稱：使用多重鐵性記錄介質的電場輔助寫入的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據存儲的方法和設備，尤其涉及可用於電場輔助磁性記錄的方 法和設備。
背景技術：
對增大磁性數據存儲裝置容量的嘗試必須在磁性數據存儲介質的可寫性、粒 度和磁各向異性之間尋求平衡。寫磁頭只能產生受限的磁場，且該限制根據材料中 能達到的最大體磁化強度、可通過導體的最大電流密度、以及磁頭與介質的分離而 設定。如果將介質中的各向異性降低到能由寫磁頭寫入的點且使顆粒足夠小以保持 可接受的信噪比，則對於較大區域密度介質可能並不熱穩定。這被稱為超順磁限制。
鐵電(FE)數據存儲介質的優點是可使用電場寫入且可用薄膜裝置產生極大 的電場值。因此，具有極大各向異性的FE介質可通過薄膜裝置寫入，且具有極小 疇(以及窄疇壁)的熱穩定FE介質可被寫入。使用FE記錄的問題之一是讀回困 難。自由電荷趨於屏蔽FE介質中的極化圖案，而這需要在讀回的讀取方法之前使 用寫入。由於自由磁荷不存在，因此對於磁介質不存在這樣的問題且讀回相對容易。
近來，已經開發了將磁致彈性和鐵電材料結合的複合材料，它在室溫以上具 有鐵磁(FM)和FE屬性。兩個示例複合材料是BiFeOrCoFe204和BaTi03-CoFe204。 在這些示例中，BiFe03和BaTi03是FE材料，而CoFe204是FM材料。
已經證明了使用電場轉變BiFe03-CoFe204複合物中的磁化。該複合物由 BiFe03基質中的CoFe204納米柱組成。該材料在70(TC下通過使用脈衝雷射沉積在 SrRu03上並產生完全外延膜，包括跨越BiFe03-CoFe204晶界。磁化通過施加較大 的均勻磁場而飽和，然後可通過使用壓電力顯微鏡(PFM)施加電場而轉變50至 60%的磁化。上述的膜不用於數據存儲。
依然存在對能提供足夠熱穩定性和足夠信噪比(SNR)的磁性數據存儲方法 和設備的需要。

發明內容
一方面，本發明提供了一種設備，它包括包括壓電材料和鐵磁材料的數據 存儲介質、用於向數據存儲介質的一部分施加電場的電場源、以及用於向數據存儲 介質的該部分施加磁場的磁場源。
另一方面，本發明提供了一種方法，包括向包括壓電材料和鐵電材料的數 據存儲介質的一部分施加電場、以及向數據存儲介質的該部分施加磁場以轉變數據 存儲介質中鐵磁材料的疇的磁化方向。
在各個實施方式中，數據存儲介質可包括與一個壓電材料層相鄰的一個鐵 磁材料層；壓電材料基質中的多個鐵磁材料島；非鐵電材料和非壓電材料基質中的 多個柱，其中各個柱包括一個鐵磁材料層和一個壓電材料層；壓電材料基質中的多 個鐵磁納米顆粒，或者鐵磁材料基質中的多個壓電納米顆粒；或者非鐵電材料和非 壓電材料基質中的多個納米顆粒，其中各個納米顆粒包括鐵磁材料和壓電材料。
電場源可包括電極和電壓源，其中電壓源連接在電極與數據存儲介質之間或 電極與磁場源之間。
在另一示例中，電場源可包括第一和第二電極以及連接在該第一與第二電極 之間的電壓源。


圖1是可包括本發明的盤驅動器的圖示。
圖2是根據本發明一實施方式構建的記錄頭的示意圖。
圖3、 4、 5和6是記錄頭和介質的示意圖，它們示出了本發明的操作。
圖7是可根據本發明一實施方式使用的數據存儲介質的橫截面圖。
圖8是圖7的數據存儲介質的俯視平面圖。
圖9和10是可根據本發明一實施方式使用的數據存儲介質的橫截面圖。 圖11是可根據本發明另一實施方式使用的數據存儲介質的圖示。 圖12和13是根據本發明其它實施方式構建的其它設備的示意圖。
具體實施例方式
本發明提供一種電場輔助磁性記錄的方法和設備，該電場輔助磁性記錄通過 使用包括壓電材料(PE)和鐵磁或亞鐵磁材料(FM)的數據存儲介質、諸如磁場 寫入極的磁場源、以及用於將存儲介質置於電場下的電場源實現。該介質是指多重
鐵性(MF)介質。如本文使用的，多重鐵性介質是包括壓電材料和鐵磁或亞鐵磁 材料的存儲介質，其中壓電材料可以是但並非必須是鐵電材料。而且，如本說明書 使用的，術語鐵電材料包括鐵電和亞鐵電材料兩者。而且，如本說明書使用的，術 語鐵磁材料包括鐵磁和亞鐵磁材料兩者。
在一示例中，施加電場以減小磁性材料中的面外磁各向異性，然後施加具有 較大面外分量的磁場以寫入磁性材料。更具體地，電場用於將磁性材料的磁各向異 性從面外方向向面內方向轉動。這假設本發明用於垂直記錄。然而，應該理解，本 發明也可用於縱向記錄。在縱向記錄情形中，可施加電場以減小磁性材料中的面內 磁各向異性，然後可施加具有較大面內分量的磁場以寫入該磁性材料。在各個情形 中，所存儲的數據位可使用磁傳感器讀回。
在一方面中，本發明提供用於磁性記錄的設備。圖1是可使用本發明一實施
方式的盤驅動器10的圖示。盤驅動器包括大小調節並配置成包含盤驅動器各個部 件的外殼12 (在該附圖中上部被移除而下部可見)。該盤驅動器包括用於旋轉外殼 內至少一個數據存儲介質16 (在本情形中為磁碟)的主軸馬達14。至少一個臂18
被包含在外殼12內，其中各個臂18的第一端20具有記錄和/或讀取頭或滑橇22、 而其第二端24通過軸承26可旋轉地設置在軸上。致動器馬達28置於臂的第二端 24上，用於旋轉臂18以將頭22定位在盤16的期望扇區上。致動器馬達28通過 未在附圖中示出但在本領域中公知的控制器調節。
雖然本發明可用於如圖1所示的盤驅動器，但是應該理解，本發明也可用於 其它類型的數據存儲裝置，諸如探針存儲裝置。
圖2是根據本發明一實施方式構建的設備的一部分的圖示。該設備包括相鄰 於數據存儲介質32設置並由空氣軸承34與該介質隔開的記錄頭30。該記錄頭包 括寫入極36和返回極38。該寫入極和返回極由磁軛40磁性耦合。線圈42中的電 流用於產生從寫入極通過介質延伸到返回極的磁通量44。電極46靠近寫入極設置。 在本示例中，該電極通過絕緣材料層48與寫入極絕緣。電壓源50連接到電極，並 且在本示例中，連接到介質。電壓源在電極和介質之間建立電壓，從而將介質置於 電場中。該電場可導通或關斷，從而使其只在寫入過程中導通。因此，電壓以與寫 入電流相比較低的頻率開關。
圖3-6是寫入極和存儲介質的示意圖，示出了使用電場輔助寫入技術和多重鐵 性介質寫入數據位。圖3示出包括纏繞磁性寫入極62的線圈60、與多重鐵性介質 64相鄰定位的寫磁頭的元件示圖。該介質包括記錄層66，該記錄層包括各自具有
單個磁疇的多個記錄位68、 70和72。在各個實施方式中，例如，記錄位可由壓電 材料分隔、本身可以是壓電/鐵磁多層、或可以是嵌入基質中的球。
各疇的磁各向異性造成由箭頭指示的磁化方向。記錄層位於絕緣材料層74上， 而絕緣材料層74位於基底76上以將介質與電極分隔開。該絕緣體取決於所用介質 的類型可以是必要的或不必要的。如果通過介質發生短路，諸如通過壓電(PE) 基質中的鐵磁(FM)柱，則需要絕緣體。如果該介質包括絕緣PE基質中的FM球， 則可能不需要絕緣體。
圖4示出在寫入極與介質之間施加電壓以產生降低位70的面外磁各向異性 (由箭頭78示出)使得磁化向面內方向旋轉的電場。
圖5示出向線圈施加電流以產生由寫入極施加到介質的磁場。當磁場和電場 兩者都被施加時，磁各向異性被電場降低且磁化被磁場轉變。兩種場施加的順序並 不重要，至少在靜態情形中如此。對於圖2中的器件，位可能需要先通過電極，然 後通過磁極。這樣，該位在電場變弱時暴露在磁場中，並且磁化方向建立。
圖6示出在磁場和電場關斷之後的最終磁化狀態。總之，圖3示出初始狀態， 圖4示出向介質施加電場的狀態，圖5示出磁場和電場都被施加以向介質寫入時的 狀態，而圖6示出介質中位的磁化已相對於圖3中的初始狀態轉變的最終狀態。
圖7是可根據本發明一實施方式使用的數據存儲介質90的橫截面圖。該數據 存儲介質包括基底94上的記錄層92。該記錄層包括壓電材料基質100中的鐵磁材 料柱96和98。圖8是圖7數據存儲介質的俯視平面圖。
圖9是可根據本發明一實施方式使用的數據存儲介質102的橫截面圖。該數 據存儲介質包括基底106上的記錄層104。該記錄層包括壓電材料層IIO上的鐵磁 材料層108。 FM和PE材料的順序可以顛倒，且該介質可以是FM和PE層重複一 次以上的多層結構。
圖10是根據本發明另一實施方式構建的數據存儲介質112的橫截面圖。該數 據存儲介質包括基底116上的記錄層114。該記錄層包括非鐵電且非鐵磁的材料基 質122中的柱(或島)118和120。各個柱包括鐵磁材料層124和壓電材料層126。 FM和PE材料的順序可更改且柱可使用重複一次以上的多層配置構建。
圖9和10的介質包括簡單雙層形式的FE和FM材料多層。如果與位圖像化 介質(BPM)類似地進行圖形化，則多層介質中的電磁耦合可得到加強。這些膜 無需外延生長，這使得其沉積更簡單。例如，可通過生長在單晶基底上的PZT膜 開始，沉積一 Ta層以破壞局域外延，然後沉積一 Terfeno-D膜。然後，這些膜可
與BPM類似地進行圖形化。
圖11是根據本發明另一實施方式構建的數據存儲介質130的示意圖。該數據 存儲介質包括記錄層132，該記錄層包括壓電材料基質136中的多個鐵磁材料納米 顆粒134。或者，該基質可以是FM材料而納米顆粒可以是PE材料。在另一示例 中，納米顆粒可包括壓電材料和鐵磁材料兩者。在該情形中， 一種材料可以是圍繞 另一種材料的殼。
圖12和13是根據本發明其它實施方式構建的設備的示意圖。圖12示出與多 重鐵性(MF)介質142相鄰定位的記錄頭的寫入極140。電極144相鄰於寫入極 定位且電壓源146用於提供電極和寫入極之間的電壓。在本示例中，介質置於如線 148所示的邊緣(fringing)電場中。
圖13示出與多重鐵性(MF)介質152相鄰定位的記錄頭的寫入極150。第一 和第二電極154和156相鄰於寫入極並在寫入極相反兩側定位。電壓源158用於向 電極提供電壓。在本示例中，介質置於如線160所示的邊緣電場中。
如上所述，壓電材料無需是鐵電材料，這允許更廣泛的材料選擇。此外，FE 和FM材料不需要全部外延。存在許多可用於記錄材料的FE和FM材料，諸如但 不限於標準磁性介質合金、TbxDy^Fey(其中0.30<x<0.33且1.8<y<2.2)、NiFe204、 FePt、 Co3Pt、 Co/Pt多層、或Co合金；以及PZT (PbZrTi03)、 PT (PbTi03)、 PZ (PbZr03)、 PLZT(PbLa)(ZrTi)03、 Pb(Mg,Nb)03、 Pb(Zn,Nb)03、或Pb(Sc,Nb)03。 多重鐵性介質可通過與位圖形化介質(BPM)類似的方式形成，其中可將磁位圖 像化到介質中且基質填充物是壓電材料。
數據存儲介質可包括除上述層以外的其它層。此外，可直接向除鐵磁或壓電 層之外的層施加電壓，只要電場至少在壓電材料上起作用即可。
雖然以上描述了將本發明用於垂直記錄，但是本發明也可用於縱向記錄，其
中介質中的磁各向異性將需要是縱向而非垂直的，且由記錄頭施加的磁場需要具有
基本上面內的分量。在各個情形中，需要選擇磁性材料磁化和壓電效應的正確符號。
當施加電場時，PE材料取決於材料及其晶向在一個方向上膨脹而在另一個方向上
收縮。這導致磁性材料在一個方向上膨脹和/或在另一方向上收縮。這可取決於材 料及其晶向增大或減小各向異性。
雖然已就若干示例描述了本發明，但是對本領域技術人員顯而易見的是在不 背離所附權利要求書闡述的本發明範圍的情況下可對所述示例進行各種改變。
權利要求
1.一種設備，包括數據存儲介質，包括壓電材料和鐵磁材料；電場源，用於向所述數據存儲介質的一部分施加電場；以及磁場源，用於向所述數據存儲介質的所述部分施加磁場。
2. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述數據存儲介質包括與一個所述壓電材料層相鄰的所述鐵磁材料的層。
3. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述數據存儲介質包括在所述壓電材料的基質中的所述鐵磁材料的多個島。
4. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 在非鐵電和非壓電材料的基質中的多個柱，其中各個所述柱包括所述鐵磁材料的層和所述壓電材料的層。
5. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 在所述壓電材料的基質中的多個鐵磁納米顆粒，或在鐵磁材料的基質中的多個壓電納米顆粒。
6. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 在非鐵電和非壓電材料的基質中的多個納米顆粒，其中各個所述納米顆粒包括所述鐵磁材料和所述壓電材料。
7. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述電場源包括 電極；以及連接在所述電極與所述數據存儲介質之間的電壓源。
8. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述電場源包括 電極；以及連接在所述電極與所述磁場源之間的電壓源。
9. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，所述電場源包括 第一和第二電極；以及連接在所述第一與第二電極之間的電壓源。
10. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於 所述鐵磁材料包括磁性合金、其中0.30<x<0.33且1.8<y<2.2的TbxDy^Fey、 NiFe204、 FePt、 Co3Pt、 Co/Pt多層、或Co合金之一；以及 所述壓電材料包括PZT (PbZrTi03)、 PT (PbTi03)、 PZ (PbZr03)、 PLZT (PbLa) (ZrTi) 03、 Pb (Mg，Nb) 03、 Pb (Zn，Nb) 03、或Pb (Sc,Nb) 03之一。
11. 一種方法，包括 向包括壓電材料和鐵磁材料的數據存儲介質的一部分施加電場；以及 向所述數據存儲介質的所述部分施加磁場，以轉變所述多重鐵性數據存儲介質中鐵磁材料的疇的磁化方向。
12. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述數據存儲介質包括與一個所述壓電材料層相鄰的所述鐵磁材料的層。
13. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 在所述壓電材料的基質中的所述鐵磁材料的多個島。
14. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 非鐵電和非壓電材料的基質中的多個柱，其中各個所述柱包括所述鐵磁材料的層和所述壓電材料的層。
15. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 在所述壓電材料的基質中的多個鐵磁納米顆粒，或鐵磁材料的基質中的多個壓電納米顆粒。
16. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述數據存儲介質包括 在非鐵電和非壓電材料的基質中的多個納米顆粒，其中各個所述納米顆粒包括所述鐵磁材料和所述壓電材料。
17. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述電場通過使用所述電場 源施加，所述電場源包括電極；以及連接在所述電極與所述數據存儲介質之間的電壓源。
18. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述電場通過使用所述電場 源施加，所述電場源包括電極；以及連接在所述電極與所述磁場源之間的電壓源。
19. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述電場通過使用所述電場 源施加，所述電場源包括第一和第二電極；以及連接在所述第一與第二電極之間的電壓源。
20. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於所述鐵磁材料包括磁性合金、其中0.30<x<0.33且1.8<y<2.2的 TbJDyLxFey、 NiFe204、 FePt、 Co3Pt、 Co/Pt多層、或Co合金之一；以及 所述壓電材料包括PZT (PbZrTi03)、 PT (PbTi03)、 PZ (PbZr03)、 PLZT (PbLa) (ZrTi) 03、 Pb (Mg，Nb) 03、 Pb (Zn,Nb) 03、或Pb (Sc,Nb) 03之一。
全文摘要
一種設備包括包括壓電材料和鐵磁材料的數據存儲介質、用於向該數據存儲介質的一部分施加電場的電場源、以及用於向數據存儲介質的該部分施加磁場的寫入極。也提供了由該裝置執行的方法。
文檔編號G11B9/02GK101114483SQ200710139868
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月24日 優先權日2006年7月25日
發明者M·A·希爾格勒 申請人:希捷科技有限公司