CN101064110A - 垂直记录系统中用于减小宽面积道擦除的尾屏蔽件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在磁头中使用的磁结构以避免宽角道擦除和其他形式的相邻道干扰。该磁结构包括尾屏蔽件，其具有与气垫面ABS相反的特别构造的背边缘。该磁屏蔽件在中心部分具有浅的基本恒定的喉高。此外，屏蔽件的背边缘在位于中心部分两侧的第一和第二中间部分远离ABS回缩。这些中间部分通向具有比在中心区域的喉高大的基本恒定喉高的第一和第二外部分。在该横向外部分的每个处的喉高可以是该中心部分的喉高的1.5至5倍。该构造阻断了可能被屏蔽件的外部分拾取的杂散场，防止了过多磁通到达屏蔽件的中心部分，该处其会影响写入。另外，外部分的受限喉高(即外部分的背边缘不保持远离ABS回缩)防止了外部分拾取太多杂散磁场，同时还确保了存在足够的磁材料来吸收使用期间来自写极的期望磁场。

Description

垂直记录系统中用于减小宽面积道擦除的尾屏蔽件

技术领域

本发明涉及垂直磁记录，更特别地，涉及新颖的具有减小的杂散场灵敏度的磁尾屏蔽件设计。

背景技术

计算机长期存储的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、通过悬臂被悬置地与旋转磁盘的表面相邻的写和读头、以及转动悬臂从而将读和写头置于旋转盘上选定环形道(track)之上的致动器。读和写头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂偏置滑块朝向盘的表面，当盘旋转时，邻近盘的空气与盘表面一起移动。滑块在该移动空气的垫上飞行于盘表面之上。当滑块骑在气垫上时，采用写和读头来写磁转变到旋转盘且从旋转盘读取磁转变。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路以实现写和读功能。

写头传统上包括嵌在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠夹在第一和第二极片层(pole piece layer)之间。在写头的气垫面(ABS)处间隙(gap)通过间隙层形成在第一和第二极片层之间，极片层在背间隙(back gap)处连接。传导到线圈层的电流在极片中感应磁通，其导致磁场在ABS处在写间隙弥散出来，用于在移动介质上在道中写上述磁转变，例如在上述旋转盘上在环形道中。

在近来的读头设计中，自旋阀传感器，也称为巨磁致电阻(GMR)传感器，已经被用于检测来自旋转磁盘的磁场。该传感器包括下文中称为间隔层(spacer layer)的非磁导电层，其被夹在下文中称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间。第一和第二引线(lead)连接到自旋阀传感器以传导通过那里的检测电流。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS)，自由层的磁矩平行于ABS但可以响应于外磁场自由旋转。被钉扎层的磁化通常通过与反铁磁层的交换耦合而被钉扎。

间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用此设置，部分传导电子被间隔层与被钉扎层和自由层每个的界面所散射。当被钉扎层和自由层的磁化彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与cosθ成比例地改变自旋阀传感器的电阻，其中θ是被钉扎层与自由层的磁化之间的角度。在读模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地改变。当检测电流传导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被检测到并作为重放信号(playback signal)处理。

当自旋阀传感器采用单被钉扎层时其被称为简单自旋阀。当自旋阀采用反平行(AP)被钉扎层时其被称为AP被钉扎自旋阀。AP自旋阀包括由薄的非磁耦合层例如Ru分隔开的第一和第二磁层。选择间隔层的厚度从而反平行耦合被钉扎层的铁磁层的磁化。根据钉扎层在顶部(在自由层之后形成)还是在底部(在自由层之前)，自旋阀还被称为顶型或底型自旋阀。

自旋阀传感器位于第一和第二非磁电绝缘读间隙层之间，第一和第二读间隙层位于铁磁的第一和第二屏蔽层之间。在合并式(merged)磁头中，单个铁磁层作为读头的第二屏蔽层且作为写头的第一极片层。在背负式(piggyback)头中，第二屏蔽层和第一极片层是分开的层。

被钉扎层的磁化通常通过将铁磁层之一(AP1)与反铁磁材料例如PtMn的层交换耦合来被固定。虽然反铁磁(AFM)材料例如PtMn本身自然地没有磁化，但是当与磁材料交换耦合时，它可以强烈地钉扎铁磁层的磁化。

为了满足日益增长的对改善的数据速率和数据容量的需求，研究者近来已经将他们的努力集中到垂直记录系统的开发。传统纵向记录系统，例如包括上述写头的系统，存储数据为沿磁盘表面平面中的道纵向取向的磁位。该纵向数据位通过形成在由写间隙分隔开的磁极对之间的弥散场(fringingfield)记录。

相反，垂直记录系统记录数据为垂直于磁盘的平面取向的磁化。该磁盘具有由薄的硬磁顶层覆盖的软磁衬层。垂直写头具有横截面很小的写极和横截面大得多的返回极。强的、高度集中的磁场沿垂直于磁盘表面的方向从该写极发出，磁化该硬磁顶层。所得磁通然后通过软磁衬层行进，返回到返回极，在返回极处其充分散开且是微弱的从而当其在回到返回极的途中经过硬磁顶层时将不擦除由写极记录的信号。

垂直记录系统的特征之一在于磁介质的高矫顽力顶层具有高翻转场。这意味着当写数据的磁位时需要强磁场来翻转介质的磁矩。为了降低翻转场和提高记录速度，已经尝试使从写极发出的写场成角或“倾斜”。使写场相对于介质的法线以一角度倾斜通过减小翻转场而使介质的磁矩易于翻转。模拟显示，根据用于单个颗粒的Stoner-Wohlfarth模型，如果有效通量场成角的话，垂直记录系统中单极写头可以表现出改善的转变锐度(transitionsharpness)(即更好的场梯度和分辨率)，实现更好的介质信噪比，且允许用于更高面密度磁记录的更高矫顽场介质。已经研究了一种方法来倾斜磁场，该方法提供了与写头相邻的尾磁屏蔽件以磁吸引来自写极的场。

尾屏蔽件可以是浮置设计，其中磁尾屏蔽件不与写头的其他结构直接磁连接。来自写极的磁场在屏蔽件中产生通量，其基本穿过磁介质行进回到写头的返回极。供选地，屏蔽件可以是缝合设计(stitched design)，其中屏蔽件与返回极磁连接。屏蔽件的各种尺寸对于尾屏蔽件正确操作是重要的。例如，当写极到尾屏蔽件分隔(间隙)约等于头到软磁衬层间隔(HUS)且尾屏蔽件喉高大致等于写极的道宽的一半时，有效通量场的有效成角或倾斜被优化。此设计以有效通量场为代价改善了写场梯度。为了最小化损失到尾屏蔽件的有效通量场且仍实现所期望的效果，调节间隙和屏蔽件厚度以分别最小化在屏蔽件处的饱和及损失到屏蔽件的有效通量场。为了使尾屏蔽件最优地运行，尾屏蔽件间隙的厚度必须严格控制。因此，需要一种装置或方法以在制造期间精确控制这样的尾间隙厚度。

然而，垂直磁记录系统的使用遇到了与磁介质的不期望的非故意写入有关的挑战。垂直记录系统的磁介质产生了纵向记录系统一般不遇到的与数据擦除有关的问题。磁介质包括薄的硬磁顶层和低矫顽力衬层。由于其低的矫顽力和较大尺寸，软磁衬层非常易受磁场影响。

诸如上述的尾屏蔽件可以从写极的展开区(flare region)拾取来自尾屏蔽件后面的方向(沿喉高方向)的杂散场。这些磁场与来自写极的极尖部分的磁场结合可以在写头的道宽外的尾屏蔽件区域中导致磁饱和。该饱和可以导致在传感器的道宽外侧的区域中磁场从尾屏蔽件发射。这会引起称为宽角道擦除(Wide Angle Track Erasure，WATER)的现象。

因此，需要一种尾屏蔽件设计，其能够提供有效的所需场倾斜，同时还避免了不期望的对介质的非故意写入例如宽角道擦除(WATER)。这样的设计将优选使用现有制造工艺容易地实施而只有少量或没有额外费用。

发明内容

本发明提供一种在用于垂直磁记录的写头中使用的磁尾屏蔽件结构。该写头包括一结构，该结构具有朝向ABS设置的前边缘和远离ABS设置的背边缘，该前边缘和背边缘之间的距离在该屏蔽件上任何给定位置定义喉高。该屏蔽件结构包括具有恒定喉高(TH2)的居中定位区域或部分，且包括位于第一和第二横向外端的第一和第二外区域，该第一和第二外区域具有大于TH2的喉高(TH1)。第一和第二中间部分每个位于所述外部分之一与该中心部分之间。该中间部分每个具有锥形背边缘，其定义变化的喉高。

每个中间部分的背边缘可以定义随着离该结构中心的横向距离线性变化的喉高。该中间部分的每个的背边缘可相对于ABS形成10至20或约15度的角，且可以从它遇到中心部分处的喉高TH2改变到它遇到各个外部分处的TH1。

喉高TH1可以是TH2的1.5至5倍且中心部分可具有0.8-1.0微米的横向宽度(平行于ABS)。

根据本发明的屏蔽件的构造有利地提供了期望量的磁通阻断从而防止来自屏蔽件的外部分的太多磁通到达屏蔽件的中心部分，中心部分处这样的磁通会影响写入。然而，中间区域的缓和逐渐增大的喉高有利地防止磁通聚集导致杂散场写入或宽角道擦除(WATER)。

通过结合附图阅读下面对优选实施例的详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得明显，附图中相似的附图标记始终表示相似的元件。

附图说明

为了充分理解本发明的本质和优点，以及优选使用模式，应结合附图参考下面的详细描述，附图未按照比例绘制。

图1是其中可实现本发明的盘驱动系统的示意图；

图2是从图1的线2-2取得的滑块的ABS视图，示出其上磁头的位置；

图3是从图2的线3-3取得的放大且逆时针旋转90度的磁头的剖视图；

图4是根据本发明一实施例的磁头的ABS视图，从图3的线4-4取得且旋转180度；

图5-7是尾磁屏蔽件的俯视图，示出使用这样的尾磁屏蔽件遇到的挑战；

图8是尾屏蔽件的俯视图，示出本发明一实施例；

图9是尾屏蔽件的俯视图，示出本发明另一实施例。

具体实施方式

下面的描述是关于目前构思的用于实施本发明的优选实施例。进行该说明以示出本发明的基本原理，而不是限制这里要求保护的发明概念。

现在参照图1，示出了实施本发明的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转磁盘112支承在心轴(spindle)114上且通过盘驱动器马达118被旋转。每个盘上的磁记录是磁盘112上的同心数据道(未示出)的环形图案形式。

至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在磁盘表面122之上径向进出移动，从而磁头组件121可以存取磁盘的写有所需数据的不同道。每个滑块113借助悬臂(suspension)115连到致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，其偏置滑块113倚着磁盘表面122。每个致动器臂119连到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。该VCM包括在固定磁场中可移动的线圈，该线圈移动的方向和速度被由控制器129提供的马达电流信号所控制。

盘存储系统运行期间，磁盘112的旋转在滑块113和盘表面122之间产生对滑块施加向上的力或举力的气垫(air bearing)。于是在正常运行期间该气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并且支承滑块113离开盘表面并且以小的基本恒定的距离稍微位于磁盘表面之上。

盘存储系统的各种组元在运行中由控制单元129产生的控制信号来控制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路，存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号从而控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头定位和寻道控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流分布(current profile)，从而优化地移动并定位滑块113到盘112上的所需数据道。写和读信号借助记录通道125传达到和读出自写头和读头121。

参照图2，滑块113中磁头121的取向可以更详细地被观察。图2是滑块113的ABS视图，可以看出包括感应写头和读传感器的磁头位于滑块的尾边缘(trailing edge)。一般磁盘存储系统的上述描述以及图1的附图仅用于示例。应显然地，盘存储系统可包括多个盘和致动器，每个致动器可支持多个滑块。

现在参照图3，示出用于在垂直磁记录系统中使用的磁头221。头221包括写元件302和读传感器304。读传感器优选是巨磁致电阻(GMR)传感器且优选是电流垂直平面(CPP)GMR传感器。CPP GMR传感器尤其适合于在垂直记录系统中使用。然而，传感器304可以是其他类型的传感器，例如面内电流(CIP)GMR传感器或隧道结传感器(TMR)或者某些其他类型的传感器。传感器304位于第一和第二磁屏蔽件306、308之间并与它们绝缘，且嵌在电介质材料307中。可以由例如CoFe或NiFe构成的磁屏蔽件吸收磁场，例如来自上道(uptrack)或下道数据信号的磁场，确保读传感器304仅检测位于屏蔽件306、308之间的所需数据道。非磁电绝缘间隙层309可设置在屏蔽件308和写头302之间。

继续参照图3，写元件302包括写极310，其与磁成形层312磁连接且嵌入在绝缘材料311中。如图4所示，写极在气垫面具有小横截面且由具有高饱和矩的材料例如NiFe或CoFe构成。返回极层320由诸如CoFe或NiFe的磁材料构成且具有比写极310显著更大的平行于ABS表面的横截面，如图4所示。返回极314通过背间隙部分316与成形层312磁连接，如图3所示。返回极314和背间隙316可由例如NiFe、CoFe或某些其他磁材料构成。

如图3中的横截面所示，导电写线圈317在成形层312和返回极314之间穿过写元件302。写线圈317被电绝缘材料320围绕，电绝缘材料320将线圈317的匝彼此电绝缘且将线圈317与周围磁结构310、312、316、314电隔离。当电流经过线圈317时，所得磁场导致磁通流过返回极314、背间隙316、成形层312和写极310。该磁通导致写场321朝向相邻磁介质发射。成形层312也被绝缘层321围绕，其将成形层312与ABS分隔开。绝缘层320、321、311可以全部由相同材料例如氧化铝(Al₂O₃)构成，或者由不同的电绝缘材料构成。

写头元件302还包括尾屏蔽件322。写极310具有尾边缘402和前导边缘404。术语尾和前导是相对于使用写头302时沿数据道行进的方向。写极310还优选具有第一和第二横向相对侧面406、408，其配置来定义在前导边缘404的宽度，该宽度窄于在尾边缘402的宽度，形成具有梯形形状的写极310。该梯形形状在防止头302位于盘上极外或内的位置时写头302的歪斜引起的相邻道写入方面是有用的。然而，写极310的该梯形形状对于实践本发明不是必须的。

继续参照图4，磁尾屏蔽件322通过尾间隙412与写极310分隔开，尾间隙412填充有非磁材料诸如Rh或氧化铝。尾屏蔽件间隙构造为一厚度从而提供所需量的写场倾斜，同时不引起将导致写场性能损失的太多场泄漏至屏蔽件322。尾屏蔽件322可以由磁材料例如NiFe构成。

现在参照图5，尾屏蔽件的俯视图示出在垂直磁记录系统中使用尾屏蔽件502遇到的挑战。示出尾屏蔽件具有沿喉高方向测量的ABS边缘504和背边缘506。尾屏蔽件502在其中心具有较窄的喉高508且在其外端部展开为较高喉高510。写极310在图5中以虚线示出且在图5所示的视图中位于尾屏蔽件502之下。来自写极310极尖的磁通512从写极位于的中心行进到外端，在那里该磁通可被屏蔽件吸收。然而，其他杂散磁场514可以从写极的展开区516且甚至从下面的成形层312或线圈317(图5未示出)发射。

这些杂散场可以与磁通312结合从而导致磁饱和，其又导致磁场518从屏蔽件502的ABS边缘504发出。使情况更坏的是，磁通集中点例如窄的恒定展开区508遇到已展开区520的点能导致该发射场中的尖峰(spike)522。当然，该尖峰522是不期望的，因为它会导致前述宽面积道擦除(WATER)。

参照图6，使场尖峰WATER问题恶化的是不能理想地进行尾屏蔽件502的构图的事实。由于构图和镀工艺中的某些变化，会发生喉高的窄化和收缩，如位置602所示。另外，参照图7，用于形成ABS 504的研磨工艺中的变化会导致研磨深度的变化，又导致例如在位置702的窄化和收缩。这又导致了场尖峰522的增大。

现在参照图8，根据本发明一实施例的尾屏蔽件802示出为构造在写极310之上，写极310在屏蔽件802之下，到图8的页平面中。屏蔽件802由磁材料构成，例如但不限于NiFe。屏蔽件802优选关于中线804基本对称，尽管某些变化和非对称是可行的。屏蔽件800具有ABS边缘806以及与ABS边缘806相反的背边缘808。该屏蔽件具有中心的、浅的恒定喉高部分810，展开的楔形中间区域812，以及深的恒定喉高外部分814。本领域技术人员将意识到，术语“喉高”指的是从ABS 806到屏蔽件800的背边缘808的距离。

为了简明，术语“横向”将在这里定义为指的是离中线804的距离(即到如图8所示的右和左)。类似地，术语向前指的是朝向或超过ABS的方向(即朝向图8的页底部)。术语“背”指的是远离ABS的方向(即喉高方向或朝向图8所示的页顶部)。

深的恒定喉高部分814形成在尾屏蔽件802的横向向外部分，每个楔形部分812位于外恒定喉高部分814与中心浅恒定喉高部分810之间的横向中间位置。

较深恒定喉高部分814优选具有喉高TH1，其是浅恒定喉高中心部分810的喉高TH2的1.5至5倍。浅恒定喉高部分优选从中线延伸0.4-0.5μm的距离。楔形部分812的背边缘808优选相对于ABS 806形成10至20度或约15度角。

楔形部分提供的阻断(choking)防止过多磁通进入TS中心部分，例如防止较大的外部分814可能拾取的杂散场。喉高的渐缩还避免饱和且防止过多负荷。外恒定喉高部分814提供足够的屏蔽件区域以吸收来自中心部分810的期望的磁通，同时具有显著受限的区域以防止外部分过多拾取杂散磁场。

现在参照图9，在本发明一可行实施例中，屏蔽件900可以构造有锚垫902。锚垫902可以从屏蔽件900的端部延伸。可以在屏蔽件900的一端或者两端上具有锚垫。锚垫902可以从外恒定喉高部分814的端部延伸例如5μm的距离904。锚垫部分902可以沿喉高方向延伸得比屏蔽件900的其余部分显著更远，具有比TH1或TH2大的喉高TH3。锚垫向屏蔽件提供机械强度且防止屏蔽件902从其期望的位置移动。

虽然描述了各实施例，但是应理解，他们是以示例而不是限制的方式给出。落入本发明的范围内的其他实施例也会对本领域技术人员变得显然。因此，本发明的广度和范围不应局限于任何上述示例性实施例，而应仅根据所附权利要求及其等价物来定义。

Claims (23)

1.一种在垂直磁写头中使用的磁屏蔽件，该磁屏蔽件包括：

基本直的气垫面ABS；

中心区域；

外区域；以及

设置在该中心区域与该外区域之间的中间区域，

其中该外区域具有定义从该ABS测量基本恒定的喉高TH1的背边缘，该中心区域具有定义小于TH1的基本恒定的喉高TH2的背边缘，该中间区域具有定义变化的喉高的背边缘，该变化的喉高从朝向该中心区域的较小喉高渐变至朝向该外区域的较大喉高。

2.根据权利要求1的磁屏蔽件，其中该中间区域具有与所述中心区域的外端相遇的内端，且具有与该外区域的内端相遇的外端，且其中该中间区域的内端具有等于TH2的喉高且该中间区域的外端具有等于TH1的喉高。

3.根据权利要求2的磁屏蔽件，其中该中间区域具有从该中间区域的内端至该中间区域的外端线性变化的背边缘。

4.根据权利要求1的磁屏蔽件，其中TH1是TH2的1.5-5倍。

5.根据权利要求1的磁屏蔽件，其中该屏蔽件关于中线基本对称且其中该中心区域从该中线延伸0.4至0.5μm的距离。

6.根据权利要求1的磁屏蔽件，其中该屏蔽件具有中线且其中该中心区域从该中线延伸0.4至0.5μm的距离。

7.一种在垂直磁记录头中使用的磁尾屏蔽件，该屏蔽件包括：

设置在气垫面ABS的前边缘；

中心区域，具有定义从该ABS测量的中心区域喉高TH2的背边缘；

第一和第二中间区域，从该中心区域的相对两端横向延伸，该中间区域的每个具有定义随着离该中心区域的增大的距离而增大的喉高的背边缘；以及

第一和第二外区域，每个从该第一和第二中间区域之一横向向外延伸，该外区域的每个具有定义从该ABS测量基本恒定的喉高TH1的背边缘，TH1大于TH2。

8.根据权利要求7的磁尾屏蔽件，其中TH1是TH2的1.5至5倍。

9.根据权利要求7的磁尾屏蔽件，其中该中心区域具有0.8至1.0μm的横向宽度。

10.根据权利要求7的磁尾屏蔽件，其中该中间区域的每个具有定义从TH2线性变化至TH1的喉高的背边缘。

11.根据权利要求7的磁尾屏蔽件，其中该中间区域的每个具有从该中间区域遇到各该外区域处的TH1变化至该中间区域遇到该中心区域处的TH2的喉高。

12.根据权利要求7的磁尾屏蔽件，其中该中间区域的每个具有从该中间区域遇到各该外区域处的TH1线性变化至该中间区域遇到该中心区域处的TH2的喉高。

13.根据权利要求1的磁屏蔽件，其中该中间区域具有相对于该ABS定义10至20度角的背边缘。

14.根据权利要求7的磁尾屏蔽件，其中该中间区域的每个具有相对于该ABS定义10至20度角的背边缘。

15.一种在垂直磁记录系统中使用的磁写头，该写头包括：

具有尾边缘的磁写极；

磁返回极，与该写极磁连接；

导电写线圈，其一部分经过该返回极和该写极之间；

磁尾屏蔽件，与该写极的尾边缘相邻地形成且通过非磁尾屏蔽件间隙层与该写极的尾边缘分隔开，该磁尾屏蔽件具有朝向该写头的气垫面ABS设置的前边缘、以及与该ABS相反的背边缘、该屏蔽件具有有喉高TH2的中心部分、每个具有变化的喉高的第一和第二中间部分、以及具有基本恒定喉高TH1的第一和第二外部分，该第一和第二喉高从该ABS测量至该屏蔽件的背边缘，TH1大于TH2，每个中间部分设置在外部分和该中心部分之间。

16.根据权利要求15的磁写头，其中每个中间部分具有从TH2线性改变至TH1的喉高。

17.根据权利要求15的磁写头，其中TH1是TH2的1.5-5倍。

18.根据权利要求15的磁写头，其中该中心部分具有0.8-1.0μm的横向宽度。

19.根据权利要求15的磁写头，其中每个中间部分具有相对于该ABS形成10-20度角的背边缘。

20.根据权利要求1 5的磁写头，其中每个中间部分具有相对于该ABS形成10-20度角的背边缘且其中TH1是TH2的1.5至5倍。

21.根据权利要求1的磁写头，还包括从该外区域的外端横向延伸的锚垫，该锚垫具有大于TH1的喉高TH3。

22.根据权利要求7的磁屏蔽件，还包括从该外区域的至少一个端部延伸的锚垫，该锚垫具有大于TH1的喉高TH3。

23.根据权利要求7的磁屏蔽件，还包括从该外区域的每个端部延伸的锚垫，该锚垫具有大于TH1的喉高TH3。

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