CN100373452C - 使用多层隔热敷层的热辅助写磁头系统 - Google Patents
使用多层隔热敷层的热辅助写磁头系统 Download PDFInfo
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Abstract
提供了磁头系统和制备磁头的方法。磁头包含至少一个层和与该至少一个层位置邻近的加热元件。该至少一个层包含多个子层，用以提供最优热屏蔽。
Description
技术领域
本发明涉及写磁头结构，特别是，本发明涉及利于数据写入到磁存储介质的加热磁极结构。
背景技术
在磁记录盘驱动器中，数据通过称为“磁头”的薄膜磁换能器进行写入，其中当盘进行高速旋转时，磁头被支承在磁盘表面上。该磁头受到磁盘高速旋转产生的空气薄垫[“气载表面”(ABS)]的支承。由于降低磁存储盘的比特尺寸的趋势的日益增加，使得在这样的磁存储介质中写入转变十分困难。
现有技术的图1举例说明的是配备利于数据写入磁存储介质的加热元件的头100(没有按其尺寸画出)的-部分的横截面图。应当注意的是，为了清楚起见，在图1中没有包含磁头的其余部分的各种组件。
如图所示，为了电绝缘和热绝缘的目的，下面的磁头结构和衬底102都用厚的第一氧化铝层104盖在上面。此外提供了薄的第二氧化铝层108(为了电绝缘的目的)，而极层(pole layer)P1 110位于第二氧化铝层108上。在厚的第一氧化铝层104和薄的第二氧化铝层108之间置有加热元件112，它被另外的氧化铝106所包围。图2举例说明的是图1所示的圆圈部分的放大视图，其中进-步举例说明了第-氧化铝层104、第二氧化铝层108和加热元件112。
通过这个结构，电流可以被施加到加热元件112，其加热感应写磁头P1层110，并间接地加热磁存储介质120。通过以这样的方式加热磁存储介质120，改善了磁存储介质120的矫顽力，使得更易于改写或“翻转”在磁存储介质120上存储的数据。
在使用中，厚的第一氧化铝层104使磁头100的其余部分与加热元件112所产生的热隔离。不幸的是，厚的第-氧化铝层104不能充分隔离该磁头100的其余部分，这导致热量离开它试图针对的磁存储介质120而扩散到磁头100。
发明内容
提供了磁头系统和制备磁头的方法。其中包含至少一个层和位置与该至少-个层邻近的加热元件。该至少一个层包含多个子层，用以提供最优隔热。
在一个实施例中，多个子层包含至少-个至少部分传导的子层和至少一个绝缘子层。作为一种选择，传导的子层可以包含W、Ta、ZnO等等。而且，绝缘子层可以包含Al2O3、SiO2、Si3N4、Ta2O5、SiOXNY等等。在使用中，绝缘子层可以位于加热元件的附近。
可选地，子层的数目可以变化。例如，多个子层可以包含至少三个子层、至少四个子层、至少五个子层、至少六个子层、至少八个子层等等。
在另一个实施例中，第二层也与加热元件邻近。这样的第二层也可以如上所述包含多个子层，用以提供最佳隔热。于是，隔热层可以位于加热元件的上面和/或下面。而且，加热元件可以位于磁头中的任何位置，即在极片之上和/或之下，在气载表面(ABS)，等等。
例如，加热元件可以与磁头的一端邻近。于是，在使用期间，加热元件能够将最优量的热直接传递到邻近磁存储介质。
在使用中，加热元件产生可以被传递到邻近磁存储介质的热。而且，至少一个层的子层提供热屏蔽以避免使热量从加热元件扩散到磁头的其它部分。
附图说明
为了更充分地理解本发明的特性和优点以及优选使用模式，应当参照下面结合附图进行的详细描述。
现有技术的图1举例说明的是配备加热元件以利于数据写入磁存储介质的一部分磁头的部分横截面图。
现有技术的图2示出的是图1中所示的圆圈区域的放大视图，其中进一步举例说明了其第一氧化铝层、第二氧化铝层和加热元件。
图3示出的是实施一个实施例的磁盘驱动器。
图4A根据一个实施例图解了配备阻热元件以利于数据写入磁存储介质的一部分磁头(没有按尺寸画出)的部分横截面图。
图4B根据一个实施例图解了图4A中磁头的圆圈部分的部分横截面图，其中示出了该部分的各个子层(没有按尺寸画出)。
图5根据本发明的另一个实施例图解了配备双隔热层的一部分磁头(没有按尺寸画出)的部分横截面图。
图6图解了与图4A-5的磁头层相关的子层数目与例如隔热层的层的效率之间的一个示例性关系。
具体实施方式
下面的描述估计是目前实现本发明的最佳实施例。这个描述是为了举例说明本发明的-般原理，而并不意味着限定这里要求保护的发明构思。
现在参照图3，其中示出的是体现本发明的磁盘驱动器300。如图3所示，至少一个可旋转磁盘312被支承在主轴314上，并且由磁盘驱动电机318旋转。每个磁盘上的磁记录介质具有磁盘312上的同心数据轨道(没有示出)的环形图案的形式。
至少一个滑块313位于磁盘312上，每个滑块支承-个或多个读/写磁头321。关于这样的磁头321的更多信息在后面参照图4给出。随着磁盘旋转，滑块313迅速地在磁盘表面322上径向移进移出，使得磁头321可以访问磁盘的记录所希望数据的不同部分。
每个滑块313通过悬挂315与传动臂319相连。悬挂315提供轻微的弹力，使得滑块偏向磁盘表面322。每个传动臂319与传动装置327相连。图3所示的传动装置327可以是音圈电机(VCM)。VCM包括可在固定磁场内移动的线圈，其中线圈移动的方向和速度受控制器329提供的电机电流信号的控制。
在磁盘存储系统的操作期间，磁盘312的旋转在滑块313和磁盘表面322之间产生气载，气载对滑块产生上升力或抬力。因此，气载力抵消了悬挂315的轻微弹力，并在正常操作期间将滑块313支起并略微高于磁盘表面一个小并且基本恒定的间隔。
磁存储介质的各种组件在操作中受到控制单元329产生的例如访问控制信号和内部时钟信号的控制信号的控制。通常，控制单元329包括逻辑控制电路、存储器和微处理器。
控制单元329产生控制信号以控制各种系统操作，例如线路323上的驱动电机控制信号，和线路328上的磁头定位和寻道控制信号。线路328上的控制信号提供所希望的电流波形(current profile)以将滑块313最佳地移动和定位到磁盘312上的期望数据轨道。通过记录通路325针对读/写磁头321传送将读/写信号。
前面对磁存储介质进行的描述和伴随的针对图3所进行的举例说明都只是为了说明的目的。应当明白的是，磁存储系统可以含有大量的磁盘和传动装置，并且每个传动装置可以支承若干滑块。
图4A举例说明的是配备阻热元件以利于数据写入磁存储介质的合并感应写磁头/读磁头400(没有按比例画出)的-部分的部分横截面图。应当注意，为清楚起见，磁头400的剩余部分的各个组件(即，下面的结构、上面的线圈等等)没有包括在图4A内。而且应当注意，磁头400可以利用巨磁电阻(giant magnetoresistive)(GMR)传感器、磁电阻(MR)传感器、隧道磁电阻(TMR)传感器、或任何其它期望传感器来构造。虽然这样的磁头400可以在图3的磁头32l的环境中得以实施，然而应当注意，磁头400也可以在任何期望的环境中使用。
如图所示，其中包含第一层404和邻近第一层404的加热元件412。电绝缘的第二层408也和加热元件412位置邻近。如图所示，第一层404在加热元件412之下，而电绝缘的第二层408保持在加热元件412之上。中间层406可以包围加热元件412，并且可以由或不由类似于第一层404和/或电绝缘第二层408的材料/设计进行构造。此外还包含极尖结构410和下面的结构402，其中如上所述，为清楚起见，结构402的一部分没有示出。
在一个实施例中，第一层404包含多个子层405，用以提供热屏蔽。在使用中，加热元件412产生可以传递到邻近的磁存储介质的热量。而且，第一层404的子层405提供了比现有技术的屏蔽更有效的热屏蔽，以防止热量从加热元件412扩散到磁头400的其它部分。
虽然图4A中所示的是一个特定的构造，然而应当注意，热屏蔽可以位于加热元件412的上面和/或下面，这将很快就会提到。而且加热元件412可以位于磁头中的任意位置，即在极片的上面和/或下面，在气载表面(ABS)处，等等。
图4B举例说明的是图4A中磁头400的圆圈部分的部分横截面图，其中根据本发明的一个实施例示出了该部分的各个子层405(没有按比例画出)。虽然这样的子层405可以在图4A的磁头400的环境中实现，但是应当注意，子层405也可以在任何所希望的磁头中使用。而且，所示的子层405只是为了图解的目的而提供的，其不应当被解释为以任何方式对本发明进行限制。
如图所示，多个子层405包含至少一个至少部分传导(即传导、半传导等等)的子层450和至少一个绝缘子层452。作为一个选择，传导子层452可以包含Mo、Ni、Cu、W、Ta、ZnO等等。而且，绝缘子层450可以包含Al2O3、SiO2、Si3O4、Ta2O5、SiOXNY等等。
为了确保加热元件412适当地电绝缘，最顶端的子层405包含电绝缘子层452。出于类似的理由，电绝缘的第二层408和中间层406也包含电绝缘材料。
虽然图4B中示出了13个子层405，然而子层405的数量显然是可以改变的。例如，该多个子层405可以包含至少三个子层405、至少四个子层405、至少五个子层405、至少六个子层405、至少八个子层405、至少十个子层405等等。
而且，该多个子层405可以包含至少三个传导子层450和至少三个绝缘予层452；至少四个传导子层450和至少四个绝缘子层452；至少五个传导子层450和至少五个绝缘子层452等等。正如下面将会明白的，子层405的数量可直接与作为热屏蔽的第一层404的效率相关。在操作中，可以使用交替的传导与绝缘层，以利用子层屏蔽上声子的低效传送。
虽然可以以任何期望的厚度沉积子层405，然而可以在一个实施例中使用纳米层板(nanolaminates)。在任何情况下均可以获得较薄的层，其显示出优越的隔热质量。
当然，可以按照任何所希望的方式沉积出各个层。例如，可以使用化学气相沉积法(CVD)、溅射法(PVD)、反应溅射法、金属碟沉积来实现沉积，并且随后进行氧化或氮化离子束沉积法(IBD)、旋涂、真空处理法等等。
图5根据本发明的实施例图解了配备双隔热层的磁头500(没有按比例画出)的一部分的部分横截面图。应当注意的是，为了清楚起见，剩余磁头500的各个部件(即，例如读磁头或在线圈下面的极片等等)没有包含在图5中。虽然这样的磁头500可以利用图4A和图4B的磁头400的各种特征来实现，并且反之亦然，但是应当注意到，磁头500也可以在任何期望的环境中使用。
如图所示，这里的磁头500配备有两个层504，每层配有多个子层。这样的实施例对于磁头500的任何上面的部分提供了最佳的热骨蔽。类似于图4A和图4B的磁头400，双层504的子层提供了比现有技术的屏蔽更有效的热屏蔽，以防止热量从加热元件506扩散到磁头500的其它部分。
应当注意到，在另一个实施例中，双层中只有一层(即上层)可以包含多个子层。而且子层的数量、构造和构成材料可以根据用户的要求而改变。
作为另一种选择，加热元件506可以邻近磁头500的一端。在-个实施例中，加热元件506实际上可以通过磁头500的该端露出，使得在加热元件506和磁存储介质之间只留有空白空间(即空气等等)。于是，在使用中，加热元件506能够将最优量的热量传递到邻近磁存储介质。
图6举例说明的是与图4A-5的磁头层相关的子层的数量和这些作为隔热层的层的效率之间的一个示例性关系600。这样的关系600由第三方(Zechrist等人)在关于热屏蔽的一般性研究过程中提供的。如图所示，使用至少十个子层可以荻得最小量的热传递。当然，使用相应数量的子层可以获得任何所要求的热绝缘效果。
而且，应当注意到，通过使用多孔材料或任何其它所希望的技术模拟多个子层，可以获得类似的热绝缘效果。无论如何，这样的技术能够以小于2(W/m-K)的量级获得最优的多子层热绝缘效果。
虽然上面已经描述了各种各样的实施例，但是本领域的普通技术人员应当明白，它们只是作为例子提出的，本发明并不限于这些例子。因此，优选实施例的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而是应当只根据下列权利要求和它们的等价表述来限定。
Claims (27)
1.一种磁头，包括：
写入元件；
读取元件；
位置与所述写入元件和读取元件邻近的至少一个层；以及
位置与该至少一个层邻近的加热元件，其中除已有的任何传感器或写线圈之外还提供该加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用以提供热绝缘。
2.如权利要求1所述的磁头，其中该多个子层包含至少一个至少部分传导的传导子层和至少一个绝缘子层。
3.如权利要求2所述的磁头，其中该至少一个绝缘子层与该加热元件位置邻近。
4.如权利要求2所述的磁头，其中该多个子层包含至少3个传导子层和至少3个绝缘子层。
5.如权利要求4所述的磁头，其中该多个子层包含至少4个传导子层和至少4个绝缘子层。
6.如权利要求5所述的磁头，其中该多个子层包含至少5个传导子层和至少5个绝缘子层。
7.如权利要求1所述的磁头，其中该多个子层包含至少3个子层。
8.如权利要求7所述的磁头，其中该多个子层包含至少4个子层。
9.如权利要求8所述的磁头，其中该多个子层包含至少5个子层。
10.如权利要求9所述的磁头，其中该多个子层包含至少6个子层。
11.如权利要求10所述的磁头，其中该多个子层包含至少8个子层。
12.如权利要求11所述的磁头，其中该多个子层包含至少10个子层。
13.如权利要求1所述的磁头，其中该加热元件产生被传递到邻近的磁存储介质的热。
14.一种磁头，包括：
写入元件；
读取元件；
位置与所述写入元件和读取元件邻近的至少一个层；和
与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用于提供热绝缘，其中该传导子层包含W。
15.如权利要求14所述的磁头，其中该绝缘子层包含Al2O3。
16.一种磁头，包括：
写入元件；
读取元件；
位置与所述写入元件和读取元件邻近的至少一个层；
与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用于提供热绝缘，其中该传导子层包含Ta。
17.如权利要求16所述的磁头，其中该绝缘子层包含Al2O3。
18.一种磁头，包括：
写入元件；
读取元件；
位置与所述写入元件和读取元件邻近的至少一个层；
与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用于提供热绝缘，其中该传导子层包含ZnO。
19.如权利要求18所述的磁头，其中该绝缘子层包含Al2O3。
20.一种用于制备磁头的方法，包括：
沉积写入元件；
沉积读取元件；
沉积与所述写入元件和读取元件位置邻近的至少一个层；和
沉积与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个位置相互邻近的子层，用于提供热绝缘，
其中在该磁头中除已有的任何传感器或写线圈之外还形成该加热元件。
21.如权利要求20所述的方法，其中该多个子层包含至少一个至少部分传导的子层和至少一个绝缘子层。
22.一种用于制备磁头的方法，包括：
沉积写入元件；
沉积读取元件；
沉积与所述写入元件和读取元件位置邻近的至少一个层；和
沉积与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用于提供热绝缘，
其中该多个子层包含至少一个至少部分传导的子层和至少一个绝缘子层，
其中该传导子层包含W。
23.如权利要求22所述的方法，其中该绝缘子层包含Al2O3。
24.一种用于制备磁头的方法，包括：
沉积写入元件；
沉积读取元件；
沉积与所述写入元件和读取元件位置邻近的至少一个层；和
沉积与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用于提供热绝缘，
其中该多个子层包含至少一个至少部分传导的子层和至少一个绝缘子层，
其中该传导子层包含Ta。
25.如权利要求24所述的方法，其中该绝缘子层包含Al2O3。
26.一种用于制备磁头的方法，包括：
沉积写入元件；
沉积读取元件；
沉积与所述写入元件和读取元件位置邻近的至少一个层；和
沉积与该至少一个层位置邻近的加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用于提供热绝缘，
其中该多个子层包含至少一个至少部分传导的子层和至少一个绝缘子层，
其中该传导子层包含ZnO。
27.一种磁盘驱动器系统，包括：
磁记录盘；
磁头，包含：
写入元件；
读取元件；
位置与所述写入元件和读取元件邻近的至少一个层，和
与该至少一个层位置邻近的加热元件，在该磁头内除任何传感器或写线圈之外还提供该加热元件；
其中该至少一个层包含多个子层，用以提供热绝缘；
传动装置，用于在磁记录盘上移动磁头，使得磁头可以访问磁记录盘的不同区域；和
与磁头电连接的控制器。
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