具有低損耗光重定向結構的熱輔助記錄系統的製作方法

2023-11-11 14:59:22

專利名稱：具有低損耗光重定向結構的熱輔助記錄系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及數據存儲系統，更具體而言，本發明涉及熱輔助記錄系統。
背景技術：
計算機的核心是磁碟驅動器，其通常包括旋轉磁碟、具有讀和寫頭的滑 塊、旋轉盤上方的懸臂以及擺動懸臂以將讀和/或寫頭置於旋轉盤上的選定環
形道上方的致動臂。當盤不旋轉時，懸臂將滑塊偏置成與盤表面接觸；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，使得滑塊騎 在氣墊上，距離旋轉盤的表面一微小的距離。當滑塊騎在氣墊上時，寫和讀 頭用來寫磁印到旋轉盤且從旋轉盤讀信號磁場。讀和寫頭連接到根據計算機 程序操:作的處理電路以實施寫和讀功能。
熱輔助記錄是數據記錄方面的新興領域。因此，在開發該技術期間遇到 了挑戰。下面的描述提供對一些挑戰的解決方案。

發明內容
才艮據一實施例的系統包括滑塊，該滑塊具有第一光通道(channel)和 第二光通道，該第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，所述 角度小於180度；以及與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰的 反射部分，該反射部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射率，使得來 自該第一光通道的光被反射到該第二光通道中。
、
根據另一實施例的系統包括磁頭，該》茲頭具有穿過其的第一光通道和 第二光通道，該第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，所述 角度小於180度；以及與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰的 反射部分，該反射部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射率，使得來 自該第 一光通道的光#1反射到該第二光通道中。
根據又一實施例的磁記錄系統包括滑塊或磁頭，所述滑塊或磁頭具有 穿過其的第一光通道和第二光通道，該第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，所述角度小於180度；以及在該滑塊或^f茲頭中的空洞，該 空洞與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰，該第一光通道的折 射率不同於該空洞中的空氣，從而來自該第 一光通道的光被反射到該第二光 通道中。
才艮據再一實施例的方法包括形成具有第一光通道和第二光通道的滑塊 或磁頭，該第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，所述角小 於180度；以及在該滑塊或磁頭中形成孔(hole),所述孔與該第一光通道的 出口和該第二光通道的入口相鄰，該第一光通道的折射率不同於該孔中的空 氣，從而來自該第一光通道的光被反射到該第二光通道中。
本發明的其他方面和優點將從下面結合附圖的詳細描述變得顯然，附圖 以示例方式示出本發明的原理。


為了全面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 考下面的詳細描述。
圖1是^f茲記錄盤驅動系統的簡圖。
圖2A是利用縱向記錄形式的記錄介質的剖面的示意圖。
圖2B是用於圖2A的縱向記錄的常規y磁記錄頭和記錄介質組合的示意圖。
圖2C是利用垂直記錄形式的磁記錄介質。
圖2D是用於在一面進行垂直記錄的記錄頭和記錄介質組合的示意圖。 圖2E是本發明的記錄裝置的示意圖，與圖2D類似，但用於分別在介 質的兩面進4亍i己錄。
圖3是位長度的圖示。
圖4是,茲介質的記錄層中的材料的矯頑力與溫度的曲線圖。
圖5是用於局部加熱磁介質以用於熱輔助寫入的系統的系統圖。
圖6是#4居一實施例的系統的圖。
圖7A-7C圖示了 Snells定律的應用。
圖8是^f艮據一實施例的系統的圖。
圖9是根據一實施例的工藝的流程圖。
圖10A-10C是工藝圖，示出#>據一實施例的方法。
具體實施例方式
下面的描述是用於示出本發明的基本原理，而無意限制這裡要求保護的 發明概念。此外，這裡描述的特定特徵能以各種可行組合和替代的形式與這 裡描述的其他特徵組合使用。
除非這裡另外明確定義，否則全部術語給出其最寬可行解釋，包括說明 書隱含的意義，以及本領域技術人員理解的和/或字典、論文等中定義的意義。
下面的描述公開了磁存儲系統的若干優選實施例，以及其操作和/或組成 部件，和/或用於石茲存儲系統的測試/可靠性系統和方法。
在一普通實施例中， 一種系統包括滑塊，該滑塊具有第一光通道和第 二光通道，該第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度 小於180度；以及與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰的反射 部分，該反射部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射率，從而來自該 第一光通道的光被反射到該第二光通道中。
在另一普通實施例中， 一種系統包括-磁頭，該i茲頭具有穿過其的第一 光通道和第二光通道，該第一和第二光通道具有相對於〗皮此以一角度取向的 軸，所述角度小於180度；以及與該第一光通道的出口和該第二光通道的入 口相鄰的反射部分，該反射部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射 率，從而來自該第一光通道的光被反射到該第二光通道中。
在又一普通實施例中， 一種》茲記錄系統包括滑塊或^t頭，所述滑塊或》茲 頭具有穿過其的第一光通道和第二光通道，該第一和第二光通道具有相對 於彼此以一角度取向的軸，所述角度小於180度；以及在該滑塊或磁頭中的 空洞(void),該空洞與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰，該 第一光通道的折射率不同於該空洞中的空氣，從而來自該第一光通道的光被 反射到該第二光通道中。
在再一普通實施例中， 一種方法包括形成具有第一光通道和第二光通 道的滑塊或磁頭，該第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸， 所述角小於180度；以及在該滑塊或磁頭中形成孔(hole),所述孔與該第一 光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰，該第一光通道的折射率不同於該 孔中的空氣，從而來自該第 一光通道的光被反射到該第二光通道中。
現在參照圖1,示出根據本發明一實施例的盤驅動器100。如圖1所示，至少一個可旋轉的石茲盤112支承於主軸(Spindle ) 114上且被盤驅動馬達118 旋轉。每個盤上的磁記錄是盤112上環形圖案的同心數據道(未示出)的形 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。當盤旋轉時，滑塊113徑向移動進出於盤表面112之上，從而頭 121可訪問盤的記錄所需數據的不同的道。每個滑塊113藉助於懸臂115連 接到致動臂119。懸臂115提供微小的彈力，其偏置滑塊113倚靠著盤表面 122。每個致動臂119連接到致動裝置127。如圖1所示的致動裝置127可以 是音圏馬達(VCM)。 VCM包括可在固定-茲場中移動的線圈，線圈移動的 方向和速度被控制器129提供的馬達電流信號所控制。
在盤存儲系統操作期間，盤112的旋轉在滑塊113與盤表面122之間產 生氣墊，其對滑塊施加向上的力或舉力。因此在正常運行期間氣墊平衡懸臂 115的微小的彈力並支承滑塊113離開盤表面且稍微位於盤表面上方一小的 基本恆定的間距處。
盤存儲系統的各種部件運行時被控制單元129產生的控制信號例如訪問 控制信號和內部時鐘信號所控制。通常，控制單元129包括邏輯控制電路、 存儲裝置和微處理器。控制單元129產生控制信號以控制各種系統操作，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以優化地移動和定位滑塊113到盤112上 的期望數據道。讀和寫信號藉助於記錄通道125傳達到讀/寫頭121且從讀/ 寫頭121傳出。
上面對普通磁碟存儲系統的描述以及圖1的圖示僅用於說明。應意識到， 盤存儲系統可包括多個盤和致動器，每個致動器可支承多個滑塊。
還可為盤驅動器和主機(集成或外置)之間的通訊提供接口以發送和接 收數據且用於控制盤驅動器的操作以及將盤驅動器的狀態傳達到主機，全部 都如本領域普通技術人員將理解的那樣。
在普通的頭中，感應寫頭包括嵌入在一個或更多絕緣層(絕緣堆疊)中 的線圈層，該絕緣堆疊位於第一和第二極片層之間。在寫頭的氣墊面(ABS) 處，間隙通過間隙層形成於第一和第二基片層之間。極片層可以在背間隙處 連接。電流傳導通過線圈層，其在極片中產生磁場。磁場跨過ABS處的間 隙彌散以用於寫磁場信息的位在移動介質上的道中，例如在旋轉磁碟上的環
7形道中。
第二極片層具有從ABS延伸到展開點(flare point)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變寬(展開)以形成軛
的位置。展開點的布置直接影響產生來在記錄介質上寫信息的磁場的幅度。
因為磁通在沿窄的第二極尖的長度行進時衰減，所以縮短第二極尖將增大到
達記錄介質的磁通。因此，通過積極地將展開點放置得接近ABS能優化性 ^匕
0匕o
圖2A示意性示出常規記錄介質，例如與常M^茲盤記錄系統一起使用的 記錄介質，諸如圖3A所示的。該介質用於在介質本身的平面內或平行於該 平面記錄磁脈沖。記錄介質(該示例中為記錄盤)基本上包括合適的非磁材 料例如玻璃的支承襯底200和上面的合適的常規磁層的塗層202。
圖2B示出常規記錄/回放頭204(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示意性示出基本垂直於記錄介質表面的磁脈沖取向。對於這樣的 垂直記錄，介質包括具有高磁導率的材料的下層212。該下層212又提供有 上面的優選相對於下層212具有高^H貞力的-茲材^F的塗層214。
圖2C和2D (未按比例繪製)示出具有垂直頭218的存儲系統的兩個實 施例。圖2D所示的記錄介質包括關於圖2C描述的高^^導率下層212和上 面的磁材料塗層214兩者。然而，這些層212和214都示出為應用到合適的 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。
通過該結構，在記錄頭的極之間延伸的磁通量線環行進出記錄介質塗層 的外表面，記錄介質的高磁導率下層使磁通線沿基本垂直於介質表面的方向 穿過該塗層，從而以其磁化軸基本垂直於介質表面的磁脈衝的形式記錄信息 在介質的硬磁塗層中。磁通通過軟-茲下塗層212引導返回到頭218的返回層 (Pl)。
圖2E示出類似結構，其中結構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在介質每個面與石茲塗層214的外表面相鄰地定位。
磁記錄的持續目標在於最大化磁介質的每單位面積存儲的位的數量。這 樣做的一種途徑是增大介質上每道的位數，例如通過減小沿數據道方向的位 長度。參照圖3，示出磁介質上位長度(L)減小的進展，大致稱為第A代、
8第B代和第C代。然而，減小位長度能導致由於諸如熱擾動的問題引起的
數據從盤丟失。特別地，隨著位尺寸減小，反轉位磁極所需的能量作為體積
比溫度的函數而減小，如公式l所示
E ~ AV/kT 公式1 ，
其中E是反轉位的極性所需的能量或熱，V是位所佔據的磁介質的體積，A 是磁位的各向異性，k是玻爾茲曼常數，T是溫度。隨著體積減小，反轉位 所需的能量減小，且熱波動能導致數據丟失。由於減小位的體積是期望的， 但是數據丟失是不能接受的，所以在工作溫度下位材料的各向異性必須更高 從而防止位由於例如熱波動而反轉，該反轉能導致數據丟失。因此，選擇具 有更高各向異性的磁介質是期望的。
向具有高矯頑力的磁介質進行寫入變得困難，因為磁介質的增大的各向 異性或矯頑力使得盤對寫入(改變位的取向)更加抵抗。為了克服對寫入的 增大的抵抗性，磁介質可被加熱以減小使磁位重新取向所需的磁通量。圖4 公開了矯頑力(以奧斯特製測量)對溫度(以開爾文制測量)的曲線圖400 (僅是示例性的)。如圖所示，在室溫(RT)下，磁介質的矯頑力在實際可 寫的矯頑力水平(如虛線405所示)之上，在虛線405之下對盤的寫入是可 行的，優選用常規寫入技術，而在虛線405之上磁介質是穩定的且熱波動不 容易導致位反轉。磁介質可被加熱以減小矯頑力到閾值405之下，從而允許 對磁介質寫入。因此，通過加熱磁介質，磁介質將進入能更容易地使位取向 的狀態，由此使得數據存儲在磁介質上。
圖5示出局部加熱;茲介質501以用於熱輔助寫入的系統。^茲介質501沿 箭頭504的方向移動。就在被加熱的部分到達頭的寫極503之前，加熱器件 502例如利用雷射束506加熱磁介質。這導致由於與頭的寫極503相鄰的介 質的溫度增大而磁介質具有減小的各向異性。在磁介質501的被加熱的部分 移動經過頭的寫極503之後，磁介質501的溫度迅速降低從而磁介質501的 各向異性回到較高的、更穩定的水平。
示例性加熱器件可使用光束、電子束、輻照等。例如，雷射可^皮使用。 在另一方法中，電子發射體可採用電子錐(electron cone)以將從其發射的 電子聚焦到介質上。
當使用熱輔助記錄時，期望最大化賦予到介質上的功率的量，因為這樣 加熱器件需要更小的功率，這又減小了總的系統功耗，還可以延長加熱器件
9的壽命。最大化從雷射源傳輸到-茲介質的功率的量的一種途徑是最小化光束 從源到介質行經的光路中的任何損失。因此， 一基本方法是利用近乎全反射， 其可以通過使具有不同折射率的兩種材料形成界面而實現。
圖6示出系統600,包括滑塊602、形成在滑塊602上或安裝到滑塊602 的頭604、第一光通道606和第二光通道608。光通道606、 608在該實施例 中由虛線表示以反映光通道經過滑塊602和/或頭604的實施例。相應地，這 樣的光通道可包括空洞(void);形成在通道中的諸如光學材料的波導；商業 可得或專業的纖維光纜等。在其它方案中，部分光通道606、 608可位於滑 塊602和/或頭604外。在另外方案中，光通道606、 608中的一個或更多可 整個在滑塊602和/或頭604之外。此外，光通道606、 608可由相同材料或 不同材料形成。
如圖6所示，第一和第二光通道606、 608具有相對於;f皮此以一角度取 向的軸，該角度小於180度。關於示範性角度的更多細節將在下面提供。
反射部分610與第一光通道606的出口和第二光通道608的入口相鄰地 定位。反射部分具有與第一光通道606的折射率不同的折射率，從而來自第 一光通道606的光一皮反射到第二光通道608中。
通過利用在不同材料之間的界面處的該反射現象，能產生非常低損失的 非線性光路徑，特別地，在該處實現了全內反射。光在這樣的界面的該反射 行為能由Snell定律表示，如下面的公式2所示
r^sin ! = n2sin 2 公式2，
其中rn是第一材料的折射率，n2是第二材料的折射率，0i是入射光的角度， €)2是折射光的角度。
以m、 ri2等標識的介質的折射率用於表示與光在真空中的速度相比，光-在折射介質例如玻璃或水中被"減速(slowdown)"的因子。當光經過介質 之間的邊界時，取決於兩種介質的相對摺射率，光將被折射到或者更小角度， 或者更大角度。這些角相對於垂直於邊界表示的法線被測量。在光從空氣行 進到水中的情況下，光將朝向法線折射，因為光在水中被減速；從水朝向空 氣行進的光將折射得遠離法線。
圖7A-7C圖示了 Snell定律的應用。如圖7A所示，如果角度0,在臨界 角0e之下，則部分光進入第二材料，部分光被反射。進入第二材料的光可 視為損失。臨界角度G)e由公式3定義G)c = sin"(n"n2) 乂^式3。
參照圖7B,如果角度0i增大到臨界角@c，則光沿兩種材料之間的界面 行進。如果角度0!增大到臨界角G)c以上，則幾乎全部光從界面反射，如圖 7C所示。這稱為內反射。
在特定的優選實施例中，發生全內反射。全內反射是當光線相對於表面 的法線以比臨界角更大的角度到達介質邊界時發生的光學現象。如果邊界另 一側的折射率更低，則沒有光能穿過，從而全部光被有效地反射。這僅能發 生在光從具有更高折射率的介質行進到具有更低折射率的介質時。例如，它 將在從玻璃行進到空氣時發生，而不會在從空氣行進到玻璃時發生。
因此，來自第一光通道的光的至少約80°/"皮反射到第二光通道中，更優 選地能實現至少約90%,甚至約100%的反射。
再參照圖6，反射部分610可包括空氣、玻璃、碳質材料、聚合物等。 選擇用於反射部分610和通道606、 608的特定材料可通過應用7>式2和3 而容易地確定。
在一個示例中，假定反射部分610包括具有約為1的折射率的空氣。第 一和第二通道606、 608包括具有1.8的折射率的纖維光纜。應用這些數字到 公式3， G)c = 33.75度。因此，入射光相對於垂直於界面的線的角度應大於 33.75度。
在另一示例中，假定反射部分610包括具有約為1的折射率的空氣。第 一和第二通道606、 608包括具有2.2的折射率的纖維光纜。應用這些數字到 公式3， G)c = 27.04度。因此，入射光相對於垂直於界面的線的角度&應大 於27.04度。
繼續參照圖6，所示的實施例具有耦合到滑塊602的側面的雷射器612， 雷射器612用於發射光束，所述光束加熱一般將鄰近ABS的磁介質(雖然 未示出)。另一些實施例可具有耦合到滑塊602頂部的雷射器612，所述頂部 位於與滑塊的ABS相反的一側。然而，在另一些實施例中，雷射器可以在 滑塊中、在滑塊上、在驅動器中遠離滑塊的其他某處。
應理解，光路可具有多個轉彎。參照圖8,示出實施例800，其中光路 802具有多個轉彎。
所述系統的各種實施例可以通過常^L方法形成，如將對本領域4支術人員 而言顯然的那樣。僅以示例方式且參照圖9，製造具有非線性光學路徑的系統的一種方法900包括在操作902，形成具有第一光通道和第二光通道的 滑塊或磁頭，第一和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度 小於180度；在操作904，孔形成在滑塊或磁頭中，孔與第一光通道的出口 和第二光通道的入口相鄰，第一光通道的折射率不同於孔中的空氣，從而來 自第一光通道的光被反射到第二光通道中。
圖10A-10C示出進行圖9的操作卯4的一種方法。參照圖10A,孑L 1002 與波導1006相鄰被蝕刻在滑塊1004中。參照圖10B,孔被填充以犧牲材料 1008。示例性的犧牲材料包括Cu、 NiFe等。可進行對滑塊的其他處理。然 後，如圖IOC所示，犧牲材料^皮去除，例如,皮溼蝕刻，留下孔IOIO。孑L 1010 的尺寸可不同於孔1002的起始尺寸。空氣可填充孔IOIO，或者可添加其他 材料，例如具有與波導1006不同的折射率的材料。假定空氣填充孔IOIO， 則光沿波導進入且入射在孔中的空氣上。光以入射角被反射。
雖然上面已經描述了各種實施例，但是將理解，它們僅以示例的方式給 出，而不是用於限制。因此，優選實施例的寬度和範圍不應受到任何上述示 範性實施例的限制，而應僅由所附權利要求及其等價物定義。
1權利要求
1. 一種系統，包括滑塊，具有第一光通道和第二光通道，該第一光通道和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度小於180度；以及反射部分，與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰，該反射部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射率，使得來自該第一光通道的光被反射到該第二光通道中。
2. 如權利要求l所述的系統，其中該第一光通道包括纖維光纜。
3. 如權利要求l所述的系統，其中該反射部分包括空氣。
4. 如權利要求1所述的系統，還包括用於發射所述光的光源，該光源遠 離該滑塊設置。
5. 如權利要求1所述的系統，還包括用於發射所述光的光源，該光源耦 接到該滑塊。
6. 如權利要求5所述的系統，其中該光源是雷射器。
7. 如權利要求5所述的系統，其中該光源耦接到該滑塊的側面，該側面 取向為基本垂直於該滑塊的氣墊面。
8. 如權利要求5所述的系統，其中該光源耦"t矣到該滑塊的頂部，該頂部 位於滑塊的與滑塊的氣墊面相反的一側。
9. 如權利要求l所述的系統，其中該第一和第二光通道穿過該滑塊。
10. 如權利要求l所述的系統，其中該第一和第二光通道之一耦接到該 滑塊外。
11. 如權利要求l所述的系統，其中來自所述第一光通道的光的至少約 80%被反射到該第二光通道中。
12. —種系統，包括磁頭，具有穿過其的第一光通道和第二光通道，該第一光通道和第二光 通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度小於180度；以及反射部分，與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰，該反射 部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射率，使得來自該第一光通道的光被反射到該第二光通道中。
13. 如權利要求12所述的系統，其中該第一光通道包括纖維光纜。
14，如權利要求12所述的系統，其中該反射部分包括空氣。
15. 如權利要求12所述的系統，還包括用於發射所述光的光源，該光源 遠離該石茲頭i殳置。
16. 如權利要求12所述的系統，還包括用於發射所述光的光源，該光源 耦接到支承所述^茲頭的滑塊。
17. 如權利要求16所述的系統，其中該光源是雷射器。
18. 如權利要求16所述的系統，其中該光源耦接到該滑塊的側面，該側 面取向為基本垂直於該滑塊的氣墊面。
19. 如權利要求16所述的系統，其中該光源耦接到該滑塊的頂部，該頂 部位於滑塊的與滑塊的氣墊面相反的一側。
20. 如權利要求12所述的系統，其中該第一和第二光通道穿過該磁頭。
21. 如權利要求12所述的系統，其中該第一和第二光通道之一耦接到該 ;茲頭外。
22. 如權利要求12所述的系統，其中來自所述第一光通道的光的至少約 80°/。被反射到該第二光通道中。
23. —種石茲記錄系統，包括滑塊或;茲頭，具有穿過其的第一光通道和第二光通道，該第一光通道和 第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度小於180度；以及在該滑塊或,茲頭中的空洞，該空洞與該第一光通道的出口和該第二光通 道的入口相鄰，該第一光通道的折射率不同於該空洞中的空氣的折射率，使 得來自該第一光通道的光淨皮反射到該第二光通道中。
24. —種方法，包括形成具有第 一光通道和第二光通道的滑塊或^茲頭，該第 一光通道和第二 光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度小於180度；以及在該滑塊或,茲頭中形成孔，該孔與該第一光通道的出口和該第二光通道 的入口相鄰，該第一光通道的折射率不同於該孔中的空氣的折射率，使得來 自該第 一光通道的光#1反射到該第二光通道中。
25. 如權利要求24所述的方法，其中該孔通過去除犧牲材料而形成。
全文摘要
本發明提供一種具有低損耗光重定向結構的熱輔助記錄系統，包括滑塊，具有第一光通道和第二光通道，該第一光通道和第二光通道具有相對於彼此以一角度取向的軸，該角度小於180度；以及反射部分，與該第一光通道的出口和該第二光通道的入口相鄰，該反射部分具有與該第一光通道的折射率不同的折射率，使得來自該第一光通道的光被反射到該第二光通道中。本發明還提供其他系統的方法。
文檔編號G11B5/02GK101499283SQ200910005058
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月21日 優先權日2008年1月31日
發明者傑弗裡·S·利爾 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司