CN101256780B - 图案化磁记录介质及具有该介质的磁记录系统 - Google Patents

Abstract

图案化磁记录介质具有排列成间隔开的道的离散的数据岛，其中道布置成多个道的组或“超级道”。岛在沿道方向上具有相等的岛间距(IS)距离，每个超级道中，道间隔开相等的道间距(TS)距离。如果一超级道中有N个道，则一超级道的每个道中的岛相对于同一超级道中相邻道中的岛在沿道方向上偏移IS的1/N倍。读和写头具有大致等于超级道的跨道宽度的横向或跨道宽度，因此读和写头跨过一超级道中的所有各道。超级道在跨道方向上间隔开组间距(GS)距离，GS大于TS。一超级道中的岛可相对于相邻超级道中的岛在沿道方向上偏移约IS的1/2N倍。

Description

图案化磁记录介质及具有该介质的磁记录系统

技术领域

本发明总体涉及图案化磁记录介质，例如磁记录硬盘驱动器中使用的盘，更具体地，涉及改善读和写的图案化介质和记录系统，其中数据岛按一图案布置。

背景技术

具有图案化磁记录介质的磁记录硬盘驱动器已经被提出以提高数据密度。在图案化介质中，盘上的磁记录层被图案化成以同心数据道布置的小的孤立的数据岛(island)。图案化介质盘可以是纵向磁记录盘，其中磁化方向平行于记录层平面或在该平面内，或者可以是垂直磁记录盘，其中磁化方向垂直于记录层平面或离开该平面。为了形成图案化数据岛的所需的磁隔离，必须破坏或显著减小岛间空间的磁矩，从而使这些空间基本上是非磁的。在一种图案化介质中，数据岛是抬高的、间隔开的柱，所述柱延伸于盘基表面上方，从而在柱之间的盘基表面上形成凹谷或槽。然后，磁记录层材料沉积在盘基的整个表面上，从而既覆盖柱的端部也覆盖槽。槽自柱顶凹陷，因此槽距读/写头足够远，从而不对读或写造成负面影响。

在所提出的图案化盘中，数据岛沿单数据道等距间隔，且数据道在径向或跨道方向上等距间隔。读和写头对单个道上的数据岛进行读和写，因此数据岛尺寸通常被设置为与读和写头的横向或跨道宽度大致匹配。数据岛被分隔开从而形成接近1∶1的位纵横比(bit aspect ratio，BAR)，因为难以制造BAR远大于1∶1的数据岛，位纵横比即单个位所需的跨道宽度与沿道宽度之比。然而，对于数据岛具有此低的BAR的非常窄的道，难以制造具有适当性能的头。而且，如果单数据道间隔得非常近，则与正在被写入的道相邻的道中的岛也会被写头的弥散场(fringing field)写入，且来自被读取的数据道的读回信号会受到来自相邻道中记录的数据的干扰。为了解决这些问题，已经提出了头有两个道的宽度的图案化介质盘驱动器。这允许头更宽，使得头更容易制造，还允许驱动器一次对两个道进行读写，从而使数据速率加倍且令性能更接近传统盘驱动器。这种图案化介质盘驱动器在美国专利6937421中得以描述。然而，不管图案化介质盘的类型怎样，即无论头为单道宽度或双道宽度，均没有对数据岛间隔和道间隔进行调整以使面数据密度(areal data density)最大。

所需的是一种图案化磁记录介质和包括有该介质的记录系统，其导致对数据岛的更好的读写以及增大的面数据密度。

发明内容

本发明提供一种具有改良的数据岛图案的图案化磁记录介质。数据岛排列成径向或跨道方向上间隔开的道(track)，其中道被布置成径向间隔开的多道组或“超级道(hypertrack)”。岛在沿道方向上具有相等的岛间距(IS)距离，且在每个超级道中，道在径向或跨道方向上以相等的道间距(TS)距离间隔开。如果一超级道中有N个道，则超级道的每个道中的岛相对于同一超级道中相邻道中的岛在沿道方向上偏移岛间距(IS)的1/N倍。读和写头具有大致等于超级道的跨道宽度的横向或跨道宽度，因此读和写头跨过一超级道中的所有各道。通过接连地交替读或写每个道中岛，所述头读或写一超级道中的所有数据岛。为了读或写不同的超级道，读/写头从一个超级道的中心移至要读或写数据的超级道的中心。

超级道在径向或跨道方向上间隔开组间距(GS)距离，该距离是一超级道的外部道与相邻的超级道的外部道之间的跨道间距，且GS大于TS。此GS距离防止了写头的弥散磁场无意中对被写超级道附近的超级道中的任何岛进行写入。而且，一超级道中的岛可选地相对于相邻超级道中的岛在沿道方向上偏移约沿道岛间距(IS)的1/2N倍。这导致来自一个超级道的读回脉冲相位被偏移，从而所述脉冲大致位于来自相邻超级道的读回脉冲之间的中点处。此“异相”条件将来自与被读取的超级道相邻的超级道的干扰减至最小，导致错误率的降低。

超级道使得数据岛的非常紧密的堆积成为可能，从而相邻数据道中的数据岛能交叠，虽然相邻超级道之间没有交叠。结果，道间距TS可以小于或等于岛间距IS，导致增大的面数据密度。

本发明还提供一种磁记录系统，其结合有所述图案化介质。

为了全面理解本发明的本质和优点，应结合附图参考下面的详细说明。

附图说明

图1是具有图案化磁记录盘的盘驱动器的俯视图；

图2是图1所示盘的放大部分的俯视图，示出根据现有技术的数据岛的详细布置；

图3是一种图案化介质的剖视图，其中数据岛是延伸于盘基上方的抬高的、间隔开的柱；

图4是盘的放大部分的俯视图，示出根据本发明的数据岛的详细布置；

图5是根据本发明的两个超级道的图示，示出相邻超级道中岛的沿道偏移、以及所得的读回信号；

图6是根据本发明的每个超级道有三个道的图案化介质的放大部分的俯视图；

图7A是数据岛的现有技术单道布置的图示，示出单个位占据的面积；

图7B是根据本发明的数据岛的双道超级道的图示，示出单个位占据的面积；

图8是随比率d/R变化的超级道的面数据密度增益的曲线图，其中d为相邻超级道之间的间距，R为圆形数据岛的半径。

具体实施方式

本发明的磁记录介质和系统将用磁记录盘和盘驱动器来说明。图1是具有图案化磁记录盘10的盘驱动器100的俯视图。驱动器100具有支承致动器130的机架或底座112、以及用于转动磁记录盘10的驱动马达。致动器130可以是音圈马达(VCM)旋转致动器，其具有刚性臂134，且绕枢轴132如箭头124所示地旋转。头悬挂组件包括：悬架121，其一端连接在致动器臂134的端部；以及连接在悬架121的另一端的头载具122，例如空气轴承滑块(air-bearing slider)。悬架121允许头载具122被维持为非常靠近盘10的表面。磁致电阻读头(未示出)和感应写头(未示出)通常被制成为头载具122的尾表面上图案化的集成读/写头，如本领域公知的那样。

图案化的磁记录盘10包括盘基11和盘基11上的可磁化材料的离散的数据岛30。数据岛30布置成径向间隔开的圆形道118，仅盘10的内径和外径附近的一些岛30和作为代表的道118在图1中示出。当盘10在箭头20的方向上旋转时，致动器130的移动允许头载具122的尾端上的读/写头访问盘10上的不同数据道118。图案化介质上的写入需要写脉冲与岛图案的同步。美国专利6754017中描述了使用被磁化的岛为写入进行计时的图案化介质磁记录系统。

图2是盘10的放大部分的俯视图，示出根据现有技术的盘基11表面上数据岛30的详细布置。岛30包含可磁化的记录材料，且布置成在径向或跨道方向上间隔开的道，如道118a-118e所示。这些道相等地间隔开固定的道间距TS。

如图2所示的图案化介质盘可以是纵向磁记录盘，其中可磁化记录材料中的磁化方向平行于岛中记录层平面或在该平面内，或者可以是垂直磁记录盘，其中该磁化方向垂直于岛中记录层平面或离开该平面。为了形成图案化数据岛的所需磁隔离，岛间区域的磁矩必须被破坏或显著减小以使这些空间基本上是非磁的。图案化介质可以通过若干种已知技术中的任何技术制造。在一种技术中，在盘基上沉积连续磁膜，然后离子束蚀刻该膜，从而形成分隔开的数据岛。

在另一种图案化介质中，数据岛是抬高的、间隔开的柱，所述柱延伸于盘基表面上方，从而在柱之间的盘基表面上形成凹谷或槽。这种图案化介质示于图3的剖视图中。在这种类型的图案化介质中，具有柱31的预蚀刻图案和柱之间的槽或区域的盘基11可以以例如光刻和纳米压印的成本较低、产量大的工艺制造。然后，将磁记录层材料沉积在预蚀刻盘基的整个表面上，从而既覆盖柱31的端部又覆盖柱31之间的槽，产生磁记录层材料构成的数据岛30和磁记录层材料构成的槽32。记录层材料构成的槽32距离读/写头足够远，从而不会负面地影响对岛30中的记录层材料的读和写。美国专利6440520和Moritz等人的“Patterned Media Made FromPre-Etched Wafers：A Promising Route Toward Ultrahigh-Density MagneticRecording”，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.38，No.4，July 2002，pp.1731-1736中描述了这种类型的图案化介质。

再次参照图2的现有技术图案，每个道中，岛相等地间隔开固定的岛间距IS，如普通岛30a、30b所示，其中IS是两个相邻的岛的中心之间的间距。而且，每个道中的岛在沿道方向上从相邻道中的岛偏离岛间距的一半(IS/2)。例如，图2中，相对于相邻道118a和118c中的岛，道118b中的岛向左偏离距离IS/2。

图2还示出了对准在道118b的中心上方的头元件60，其可以代表读头或写头。如果元件60是读头，则当盘在箭头20的方向上旋转时，道118b中磁化的数据岛将经过头元件60，并且根据各个岛的磁化方向产生特定的读回信号。然而，因为相邻道118a和118c中的岛相对于道118b中的岛在沿道方向上偏移距离IS/2，所以来自这些相邻道的任何读回信号干扰将与来自道118b即正在被读取的道的读回信号异相。这导致被读数据的大幅降低的错误率。

图4是根据本发明的盘210的放大部分的俯视图，示出盘基211表面上数据岛230的详细布置。岛230布置成在径向或跨道方向上间隔开的道，如道218a-218h所示。道被布置成径向间隔开的多个多道组，多道组也可以被称为“超级道(hypertrack)”，如双道组或超级道250、252、254、256所示。

在每个超级道中，道在径向或跨道方向上间隔开距离TS，如超级道250中的道218a和218b所示，其中TS是两相邻道的中心线之间的距离。每个道中的岛具有相等的岛间距IS，如道218d中的岛230a、230b所示。而且，超级道的每个道中的岛相对于同一超级道中相邻道中的岛在沿道方向上偏移岛间距的一半(IS/2)，如例如超级道250中的道218a所示，道218a相对于超级道250中道218b中的岛向右偏移距离IS/2。

超级道间隔开组间隔(GS)距离，所述组间隔距离是相邻超级道中的两个外部的道之间的跨道间距，如超级道250中的道218b与超级道252中的道218c之间的距离GS所示。距离GS大于TS，优选地至少是TS的约1.2倍。而且，可选地，超级道中的岛可以相对于相邻超级道中的岛在沿道方向上偏移沿道岛间距的约四分之一(IS/4)。例如，超级道250的道218b中的岛相对于超级道252的道218c中的岛向左偏移IS/4，相对于超级道252的道218d中的岛向右偏移IS/4，如道218b中的岛230c、道218c中的岛230d和道218d中的岛230e所示。类似地，超级道250的道218a中的岛相对于超级道252的道218d中的岛向左偏移IS/4，相对于超级道252的道218c中的岛向右偏移IS/4。相邻超级道的在沿道方向上的此可选偏移导致来自一个超级道的读回脉冲在相位上偏移，从而所述脉冲大致位于来自相邻超级道的读回脉冲之间的中点。此“异相”条件将来自与被读取的超级道相邻的超级道的干扰减至最小，导致错误率的降低。

图4还示出了对准在超级道252的中心上方且基本上跨越超级道252中的所有道的头元件260，其可以代表读头或写头。通过接连地交替对道218c、218d中的每个道的岛进行读或写，头元件对超级道252中的所有数据岛进行读或写。例如，如果元件260是读头，则当盘在箭头20的方向上旋转时，道218c、218d中被磁化的数据岛将按如岛上的数字1-7所示的顺序被检测。如果头元件260是写头，则因为比TS大的超级道间距GS，来自写头的弥散磁场不会无意中对被写入的超级道附近的超级道中的任何岛进行写入。为了读或写不同的超级道，读/写头从一个超级道的中心(例如道218a和218b之间的中间位置)移至要读或写数据的超级道的中心(例如道218g和218h之间的中间位置)。

图5示出相邻超级道中的岛的沿道偏移如何改善读回信号。图5中，超级道254中的岛在沿道方向上相对于超级道252中的岛偏移距离IS/4，其中IS是沿道方向上岛间的间距。岛上的符号“-”代表负磁化(垂直地进入纸面)，岛上的符号“+”代表正磁化(垂直地从纸面出来)，这是与通常的用户数据对应的随机磁化状态。由分别对应超级道252、254的模拟读回信号253、255可见，每个正的岛产生正脉冲，每个负的岛产生负脉冲。一个超级道上的(每个极性的)脉冲在相位上偏移，从而这些脉冲大致位于相邻超级道中的(每个极性的)脉冲之间的中点处。这是具有最小相邻超级道干扰的“异相”条件，且导致了错误率的降低。

在具有图4所示岛布置的图案化磁记录盘的一个示例中，每个数据岛可具有22.1nm的直径，IS可以为36.8nm，TS可以是31.9nm，GS可以是38.2nm。这将导致盘具有1380千位每英寸(kbpi)的线或沿道位密度、362000个超级道每英寸的道密度、以及500千兆位每平方英寸(Gbits/in²)的面密度。

本发明不限于每个超级道有两个道，而是每个超级道可具有N个道，其中N为2或更大。N道超级道的每个道中的岛在沿道方向上相对于该超级道中相邻的道偏移距离IS/N，相邻超级道中岛的在沿道方向上的可选偏移为距离IS/2N。图6是在基底311上具有每个超级道有三个道的样式的盘310的放大部分的俯视图，示出了被分组为两个超级道350、352的六个代表性的道318a-318f，超级道的每个道中的岛在沿道方向上相对于该超级道中的相邻道偏移IS/3。超级道350、352间隔距离GS，两个超级道中的岛在沿道方向上彼此偏移距离IS/6。当盘在方向20上旋转时，读或写头360将按如超级道350中数据岛上的数字所示的顺序1-10读或写数据岛。

对于现有技术的岛的单道布置而言，由于考虑到相邻道的干扰，两个相邻道不能有任何交叠。事实上，在单个道之间需要显著的间距以允许道位置不正(misregistration)和有限的跨道写场梯度。因此，面数据密度不得不低于岛的六角密堆时的密度。此外，如果假设两个相邻单个道之间具有间隔d，则对每个单个道具有间隔d，且每个位占据的面积为：

4R²+2Rd，

其中，R为圆形数据岛的半径，2R为岛的沿道间距IS。这在图7A中示出。

然而，对于与根据本发明的双道(N＝2)超级道相比，超级道中的两个道可以具有以六角密堆紧密堆积的岛(这事实上令这两个道略微交叠)，虽然相邻超级道之间不应当有任何交叠。而且，与单个道布置中每个道需要一个间隔d相比，每个超级道(两个道)需要仅一个间隔d。因此，每个位占据的面积为：

$(2+\sqrt{3})R^2+\mathrm{Rd}.$

这示于图7B中。如图7B所示，超级道中的两个道可以交叠，如小于岛间距IS的道间距TS所示。

面数据密度(AD)增益的量取决于d与R的比，且由以下公式给出：

其中x＝d/R。

针对d/R值的通常范围，面数据密度增益的量由图8的曲线图示出。由图8可见，超级道的使用可以提供面数据密度的约7-25％的增益，超级道允许超级道中的道具有比单道布置中的间隔近得多的间隔。

图7A-7B还示出超级道的增大的BAR。图7A的单道布置的BAR由下式给出：

(2R+d)/2R＝1+(1/2)(d/R)，

对于图7B的超级道，BAR由下式给出：

$(2R+\sqrt{3}R+d)/R=2+\sqrt{3}+(d/R).$

对于通常的d/R值0.4，超级道的BAR为4.13(与单道布置的1.20相比)，这使得头的制造容易得多。

以上已经按具有在径向或跨道方向上隔开的同心数据道的磁记录盘描述了本发明的图案化磁记录介质。但是，该介质也可以以磁带或信用卡和“智能”卡中的磁条实施，这种情况下，道将是在跨道方向上隔开的直线道。而且，虽然图中将数据岛示为具有圆形，但是本发明不限于岛的形状。

虽然本发明已经参照优选实施例得以具体示出和说明，但是本领域技术人员知晓，形式和细节上的各种改变均不脱离本发明的实质和范围。因此，所公开的发明仅是说明性的，且仅以所附权利要求定义的范围为限。

Claims (14)

1.一种磁记录介质，包括：

基底；

该基底上的多个离散的可磁化的岛，所述岛排列成多个间隔开的道，其中在沿道方向上，每个道中的岛大致等距间隔开，且相邻岛的中心之间具有间距IS；

其中所述道被布置成多个包括N个道的组，其中N等于或大于2，一组中每个道内的岛相对于该组中相邻道中的岛沿道偏移IS/N，其中组中没有岛与该组中另一岛在沿道方向对准；以及

其中每个组以大于该组内的道间距的距离与相邻的组间隔开，且组中的岛与相邻组中的岛在沿道方向上偏移IS/2N，其中组中没有岛与相邻组中的岛在沿道方向上对准。

2.如权利要求1所述的磁记录介质，其中间隔开的道的中心线之间的间距为距离TS，其中在沿道方向上岛大致等距间隔开且相邻岛的中心之间具有间距IS，且其中TS小于或等于IS。

3.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述岛在大致平行于该基底的方向上是可磁化的。

4.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述岛在大致垂直于该基底的方向上是可磁化的。

5.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述道大致为直线道。

6.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述间隔开的道大致为同心圆形道。

7.如权利要求1所述的磁记录介质，其中所述岛为大致垂直地自该基底延伸的柱，所述柱的顶部上具有可磁化的材料。

8.一种图案化磁记录盘，包括：

基底；

该基底上的多个离散的可磁化的岛，所述岛排列成多个圆形同心道且具有大致相等的沿道岛间距IS，其中IS是相邻数据岛的中心之间的间距；

其中所述道被布置成多个包括N个径向相邻的道的超级道，每个超级道中具有大致相等的道间距TS，且一超级道中每个道中的岛沿该道相对于该超级道中径向相邻的道中的岛偏移大约IS/N，其中N等于或大于2，TS是相邻道的中心线之间的间距；以及

其中每个超级道以大于TS的距离与径向相邻的超级道间隔开，一超级道中的岛相对于相邻超级道中的岛在沿道方向上偏移约IS/2N，超级道中没有岛与相邻超级道中的岛在沿道方向上对准。

9.如权利要求8所述的图案化磁记录盘，其中TS小于或等于IS。

10.如权利要求8所述的图案化磁记录盘，其中所述岛在大致平行于该基底的方向上是可磁化的。

11.如权利要求8所述的图案化磁记录盘，其中所述岛在大致垂直于该基底的方向上是可磁化的。

12.如权利要求8所述的图案化磁记录盘，其中所述岛为大致垂直地自该基底延伸的柱，所述柱的顶部上具有可磁化的材料。

13.一种磁记录盘驱动器，包括：

如权利要求8所述的图案化磁记录盘；以及

读头，其具有大于TS的跨道宽度，以用于读一超级道中的所有岛而没有在跨道方向上的移动。

14.如权利要求13所述的磁记录盘驱动器，还包括写头，其具有大于TS的跨道宽度，以用于磁化一超级道中的所有岛而没有在跨道方向上的移动。

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