CN101345056B - 用于图案化介质的具有增大的写入场的磁写入器 - Google Patents

Abstract

磁写入器向包括多个磁道的磁介质进行写入，每一个磁道包括用于信息存储的多个隔离的磁性元件。该磁写入器包括写入元件，其包括具有前缘、后缘以及在前缘和后缘之间延伸的第一和第二侧缘的写入元件尖端。侧屏蔽仅紧邻第一侧缘或第二侧缘之一。

Description

用于图案化介质的具有增大的写入场的磁写入器

技术领域

本发明涉及磁记录系统。更具体地，本发明涉及用于对图案化介质(patterned media)进行写入的具有增大的写入场的磁写入器。

背景技术

随着面密度增加，在磁介质中需要更小的比特单元(磁道宽度和比特长度)。然而，随着记录介质的颗粒体积(即，每比特单元的介质中的颗粒数)减小，以便控制高面密度记录的介质噪声，超顺磁不稳定性变成一个问题。超顺磁效应在颗粒体积V足够小以至于不再满足不等式K_uV/k_BT＞70时最明显。K_u是材料的磁性晶体各向异性能量密度，k_B是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。当不满足该不等式时，热能使所存储的比特退磁。因此，随着颗粒大小减小以便增加面密度，达到了给定材料K_u和温度T的阈值，使得稳定的数据存储不再可行。

已经提出了一种比特图案化磁介质(BPM)作为防止超顺磁效应引起磁化反转的手段。图案化介质可包括磁性材料的多个分立、独立区，它们形成分立、独立磁性元件，在介质中起记录比特的作用。磁性比特或元件以规则的图案排列在介质衬底上。每一个比特或元件具有小尺寸和磁各向异性，使得在没有施加磁场的情况下，每一个磁性比特或元件的磁矩沿同一易磁化轴排列。

为了在非常高的面密度下写入，写入磁极的大小可被减小，以增加磁道密度。然而，可由写入器实现的写入场强随着写入磁极宽度的减小而降低。写入场甚至被常规的侧面屏蔽组件进一步降低。此外，随着写入磁极越过介质径向移动，来自写入磁极尖端的磁场分布相对于磁介质中的磁性比特或元件变斜。这可导致写入差错和先前记录的数据的无意擦除。尽管由于倾斜引起的对写入过程的效应可通过增加写入磁极的长度来减轻一些，但磁头-介质间隔(HMS)和介质厚度不能按比例缩小至与写入磁极宽度相同的程度，来进一步矫正倾斜效应。

发明内容

本发明涉及用于向包括多个磁道的磁介质进行写入的磁写入器。每一个磁道包括用于信息存储的多个隔离的磁性元件。该磁写入器包括写入元件，其包括具有前缘、后缘以及在前缘和后缘之间延伸的侧缘的写入元件尖端。写入元件具有从前缘延伸到后缘的写入元件长度。第一屏蔽仅紧邻第一侧缘或第二侧缘之一。

在另一个方面中，磁记录系统包括写入元件，该写入元件包括具有前缘和后缘的写入元件尖端。后缘的宽度大于磁介质上隔离的磁性元件的宽度，且写入元件的至少一个表面没有对称线。

在又一个方面中，磁介质包括多个磁道，每个磁道包括用于信息存储的多个隔离的磁性元件。写入元件包括写入元件尖端，具有由前缘、后缘以及将前缘连接至后缘的第一和第二侧缘限定的介质相对表面的。后缘的宽度大于磁介质上隔离的磁性元件的宽度，且写入元件的至少一个表面没有对称线。第一屏蔽仅紧邻写入元件尖端的第一侧缘或第二侧缘之一。

以上本发明内容不旨在描述每一个公开的实施例或本发明的每一个实现。以下的附图和详细描述更具体地举例说明说明性实施例。

附图简述

图1是磁记录系统的立体图。

图2是包括用于对图案化介质进行写入的写入元件的转换头的横截面图。

图3是位于图案化磁介质上方的写入元件尖端的介质相对表面的平面图。

图4是包括紧邻一侧缘和后缘设置的屏蔽的写入磁极尖端的介质相对表面视图。

图5A和5B是具有不对称轮廓以减小边缘场的写入磁极尖端的介质相对表面视图。

图6是与相对于写入磁极尖端的前缘和后缘以非零角度设置的读取器组件相邻的写入磁极尖端的介质相对表面视图。

图7A-7C是具有不对称轮廓以减小边缘场的写入元件体的侧视图。

图8A和8B是与用于减小边缘场的不对称屏蔽相邻的写入元件体的侧视图。

尽管以上标识的各附图阐述了本发明的一个或多个实施例，但还可预期其它的实施例，正如在讨论中所指出的。在所有的情况下，本公开内容将本发明作为代表而非限制介绍。应理解落入本发明的原理的范围和精神内的众多其它修改和实施例可由本领域中的技术人员设计出。还应理解以上标识的各附图不是按比例绘制的。

具体实施方式

图1是包括用于在磁介质16的磁道14上定位滑动头12的执行系统的磁盘驱动器10的立体图。磁盘驱动器10的特定构造是为了便于描述本发明示出的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。磁盘驱动器10包括安排成使主轴上的执行器臂20围绕轴22旋转的音圈电机(VCM)18。负载梁24在头安装块26处连接到执行器臂20。悬架28连接到负载梁24的末端，且滑块12被附连至悬架28。VCM 18由控制器调节，该控制器在本附图中未示出且在本领域中是公知的。磁介质16围绕轴30旋转，使得滑动头12遭遇空气阻力，以将其在飞行中保持在磁介质16的表面上方很小的距离。磁介质16的每一磁道14被格式化为具有数据存储单元的阵列，用于存储数据。滑动头12携带磁性转换器(图1中未示出)，用于在磁介质16的磁道14上读取和/或写入数据。在以下的附图中作为例子更详细地描述磁性转换器。

图2是形成于滑动头12上且包括限定介质相对表面48的读取器44和写入器46的转换头40的横截面图。读取器44包括底部屏蔽结构52、读取元件54、读取间隙56和顶部屏蔽结构58。写入器46包括第一返回磁极或元件60、第一磁柱62、写入磁极或元件64、第二磁柱66、第二返回磁极或元件68、第一导电线圈70和第二导电线圈72。写入磁极或元件64包括写入磁极或元件体74、轭76和写入磁极或元件尖端78。

读取器44和写入器46各自是多层器件，且写入器46以各层不在两元件之间共享的背负式构造层叠在读取器44上。在未示出的其它实施例中，读取器44和写入器46可被布置成合并头配置(其中各层在两元件间共享)和/或读取器44可形成于写入器46之上。

读取间隙56被限定在底部屏蔽52和顶部屏蔽58的终端之间的介质相对表面48上。读取元件54置于与介质相对表面48相邻的读取间隙56中。读取间隙56将读取元件54与底部屏蔽52和顶部屏蔽58隔离。读取元件54可以是不同类型的读取元件中的任意种类，诸如隧道磁阻(TMR)读取元件或巨磁阻(GMR)读取元件。在操作中，来自磁介质16表面的磁通量导致读取元件54的磁化向量转动，这进而导致读取元件54的电阻率变化。读取元件54的电阻率变化可通过使电流流过读取元件54，并测量读取元件54两端的电压来检测。可由软铁磁材料形成的屏蔽52和58将来自介质层96的杂散磁通量引导到远离在读取元件54正下方的介质层96区域之外的读取元件54。

在写入器46中，第一返回磁极60、第二返回磁极68、第一磁柱62和第二磁柱66可包括软磁材料，诸如NiFe。导电线圈70和72可包括具有低电阻的材料，诸如Cu。写入磁极体74可包括高力矩软磁材料，诸如CoFe。轭76可包括软磁材料，诸如NiFe或CoNiFe，以提高将磁通传送到写入磁极体64的效率。第一导电线圈70围绕第一磁柱62，其将写入磁极64磁耦合至第一返回磁极60。第二导电线圈72围绕第二磁柱66，其将写入磁极64磁耦合到第二返回磁极68。第一导电线圈70穿过第一返回磁极60和写入磁极64之间的间隙，而第二导电线圈72穿过写入磁极64和第二返回磁极68之间的间隙。

读取器44和写入器46支承在磁介质16的表面上，磁介质16如箭头A所指示的相对于转换头40移动，使得写入磁极74引导第一返回磁极60，跟随第二返回磁极68，并用于将数据物理地写入磁介质16中。为了将数据写入磁介质16，使电流流过第二导电线圈72。线圈中的磁通势导致磁通量从写入磁极尖端78垂直地传播穿过介质层96、越过SUL 94并穿过第二返回磁极68和第一磁柱62，以提供闭合的磁通路径。在写入磁极尖端78的介质相对表面处的写入磁场的方向可基于电流流过第二导电线圈72的方向来控制，该写入磁场的方向与写入磁介质16的数据的状态有关。

来自诸如与转换头40相对于磁介质16的驱动相关联的音圈电机之类的外部源的杂散磁场可进入SUL 94。由于写入磁极64和第二返回磁极68之间的闭合磁路，这些杂散场可由第二返回磁极68吸引到写入器46。为了减少或消除这些杂散场，将第一返回磁极60经由第一磁柱62连接到写入磁极64，为杂散磁场提供磁通路径。此外，穿过写入磁极64的写入场强(由于电流流过第二导电线圈72引起)可通过使电流流过第一导电线圈70来增加。线圈中的磁通势导致磁通量从写入磁极尖端78垂直地传播穿过介质层96、越过SUL 94并穿过第一返回磁极60和第一磁柱62，形成闭合的磁通路径。穿过第一导电线圈70的电流方向与穿过导电线圈72的电流方向相反，生成沿相同方向穿过写入磁极的磁通量。采用两个返回磁极和两个导电线圈的效果是对写入磁极64具有有效驱动力，同时减小了对第一返回磁极60和第二返回磁极68的净驱动力。

写入器46仅仅是出于说明可与以下附图中描述的组件一起使用的构造的目的而示出，并以作出各种设计变化。例如，尽管写入磁极64包括写入磁极体74和轭76，但写入磁极64还可由单层磁性材料组成。此外，可设置单一后缘返回磁极来代替所示的双返回磁极写入器构造。同样，在“后缘屏蔽”磁写入器设计中，可另外形成从第一返回磁极60伸向接近介质相对表面48的写入磁极64的屏蔽。此外，写入器46被配置成垂直于磁介质16写入数据，但写入器46和磁介质16还可被配置成纵向地写入数据。

转换头40在介质相对表面48面对磁介质16。磁介质16包括衬底92、软底层(SUL)94和介质层96。SUL 94被设置在衬底92和介质层96之间。磁介质16被安置成邻近转换头40，使得介质层96与SUL 94相对的表面面对读取器44和写入器46。在某些实施例中，磁介质16是比特图案化介质。

图3是位于介质层96上的写入磁极尖端78的介质相对表面的平面图。在所示的实施例中，写入磁极尖端78具有基本为梯形的形状，介质层96是比特图案化介质。示出了写入磁极尖端78和介质层96之间的相对运动方向。介质层96包括多个间隔开的磁性元件或比特100，且介质层96上每一个垂直列的比特100构成磁介质16的磁道。在图3中，介质层96的三个磁道标记为A、B和C。每一个比特100由静止状态磁化沿其易磁化轴定向的磁性材料构成。比特100以交错的阵列排列在介质层96上，防止相邻比特磁化之间的干扰。尽管比特100被示为正方形形状的元件，但比特100显然可具有任意形状，并可在磁性层96上排列成任意图案。此外，尽管比特100在介质层96上排列成交错阵列，但比特100显然可在介质层96上排列成其它构造，诸如平行、非交错磁道。

写入磁极尖端78包括前缘102、后缘104和侧面106和108，它们一起限定了写入磁极尖端78的介质相对表面。后缘104的宽度大于每一个比特100的宽度。在某些实施例中，后缘104的宽度至少是每一个比特100的宽度的1.2倍。较大的写入磁极尖端78提供的写入场比包括按被写入的比特的大小比例的写入磁极尖端的设备大。利用较大的写入场，数据更容易被写入磁介质16，因为介质层96中的比特100的高矫顽力更易于被克服。此外，写入磁极尖端78可具有如所示的基本为梯形的形状，以在滑动头12上的转换头40以弧形穿过磁介质16时降低倾斜角效应。

当写入磁极尖端78沿磁道向下的方向移动时，每一个比特100可部分地或完全地在写入磁极尖端78的介质相对表面下(即，在写入磁极尖端78的“覆盖区”以下)。例如，在写入操作期间，写入磁极尖端78可位于磁道A和B之上，当磁道A的比特100a完全在写入磁极尖端78的覆盖区以下时，数据由写入磁极34完全写入比特100a。另一方面，当磁道B的比特100b和磁道A的比特100c部分地在写入磁极尖端78的覆盖区以下时，数据仅由写入磁极34部分地写入。当这种情况发生时，比特100b和100c由写入磁极尖端78“修整”。当写入磁极尖端78继续沿磁道向下的方向移动时，比特100b完全被写入磁极尖端78的覆盖区所覆盖，随后数据由写入磁极34完全写入比特100b。当写入磁极尖端78进一步沿磁道向下的方向移动时，比特100c随后在它完全位于写入磁极尖端78的覆盖区之下时被完全写入。由此，在相邻磁道A和B中的比特100a、100b和100c以交错的方式被写入。写入磁极尖端78随后可移动，使得磁道B和C的比特100交替地完全处于写入磁极尖端78的覆盖区之下。因此，因为写入磁极尖端78向磁道多次写入以确保适当的数据被写入每一个比特，所以写入磁极尖端78可以非常大以生成相应大的写入场。

图4是包括限定介质相对表面的前缘102、后缘104和侧缘106和108在内的写入磁极尖端78的介质相对表面的视图。第一屏蔽110被设置成与侧缘108相邻，第二屏蔽112被设置成与后缘112相邻。屏蔽可选择地设置成与侧缘106而不是侧缘108相邻。在某些实施例中，第一屏蔽110和第二屏蔽112相互作为一个整体形成。

写入磁极尖端78在介质相对表面处具有长度L₁，侧屏蔽110在介质相对表面处具有长度L₂。在某些实施例中，长度L₂小于长度L₁，而在其它实施例中，第一屏蔽110延伸到前缘102。在写入磁极尖端78的单侧使用侧屏蔽110(与两侧106和108的情况相对)提高了由写入磁极尖端78生成的写入场。这是因为屏蔽可从写入磁极尖端78拉开一些写入磁通量。在所示的具有单个侧屏蔽110且侧屏蔽110的长度L₂小于写入磁极尖端78的长度L₁的实施例中，使屏蔽110和112对写入场的效应最小化，从而增加了磁介质16处的写入场。

另外，第一屏蔽110和第二屏蔽112可减小写入过程中由写入磁极尖端78生成的边缘场，并在写入磁极尖端78与屏蔽110和112相邻的区域中提供更急剧的写入场转变。这对于参考图3描述的写入过程尤其重要，因为急剧的转变可在磁介质16由写入磁极尖端78完全写入之前更可靠地擦除并修整磁介质16上的磁道。

如上所述，写入元件尖端78被用于将数据写入一条磁道上的比特100，同时在写入元件尖端78的覆盖区下的相邻磁道上的比特100被写入元件尖端78擦除并修整。因此，写入元件体76和写入元件尖端78的形状可被处理以优化被写入磁道区域中的场分布，同时使带有经修整的比特100的相邻磁道中的边缘场最小化。

图5A和5B是具有不对称轮廓以减小边缘场的写入磁极尖端78的介质相对表面的视图。在图5A和5B中，写入磁极尖端78是不对称的，因为它没有对称线，因此相对于所有的分界线都是不对称的。在这两个例子中，后缘104和侧缘106定义第一角度θ₁，它与由后缘104和侧缘108定义的第二角度θ₂不同。在某些实施例中，第一角度θ₁和第二角度θ₂相差至少约为5°。第一角度θ₁可大于第二角度θ₂，以减小倾斜角对被写入磁道的效应，并减小相邻的经修整的磁道中的边缘场，增加由写入磁极尖端78生成的总写入场。

图6是与第一屏蔽110、第二屏蔽112以及读取器组件44相邻的写入磁极尖端78的介质相对表面的视图。如以上参照图5A和5B所述，写入磁极尖端78可具有不对称轮廓，其中第一角度θ₁不同于第二角度θ₂。当写入磁极尖端78不对称时，写入磁极尖端78的写转变的曲率相对于磁道的中心也是不对称的，这导致被写入数据的交叉磁道轮廓的角变化。为了解决在回读期间该小的角变化，读取器组件44的部分或全部可被设置成相对于写入磁极尖端78的前缘102和后缘104为非零角度θ₃。在所示的实施例中，底部屏蔽结构52、读取元件54和顶部屏蔽结构58都被设置为角度θ₃。在其它实施例中，底部屏蔽结构52、读取元件54和顶部屏蔽结构58的任意组合被设置为角度θ₃。角度θ₃可利用基于各种参数的模拟来优化，诸如屏蔽110和112的定位和形状以及写入磁极尖端78的形状。

写入磁极体76的形状还可被处理成使带有经修整的比特100的相邻磁道中的边缘场最小化并提高写入场。图7A-7C是具有不对称轮廓的写入磁极体76的侧视图，其中每一个都没有对称线。在每一个例子中，写入磁极体76的边缘限定远离介质相对表面48的角度α₁和α₂。在图7A中，角度α₁是直角，且写入磁极尖端78具有远离介质相对表面48的喉部。在图7B中，角度α₁是直角，且写入磁极尖端78没有喉部。在图7C中，角度α₁和角度α₂都是锐角，且写入磁极尖端78具有远离介质相对表面48的喉部。在所有的情况下，角度α₁不同于角度α₂，在某些实施例中，角度α₁大于角度α₂。写入磁极尖端78处的写入场由于写入磁极体76在侧面紧邻角α₂上的较大的轮廓而增加，同时边缘场由侧面紧邻角α₁上的材料延伸而减小。

为了进一步减小边缘场并将写入场集中在磁极尖端区，还可将屏蔽设置在写入磁极体76的交叉磁道侧。图8A是带有相邻的不对称屏蔽120的对称写入磁极体76的侧视图。图8B是带有相邻的不对称屏蔽130和132的不对称写入磁极体76的侧视图。图8A中的屏蔽120和图8B中的屏蔽130和132的大小和形状被调节成使倾斜角对被写入磁道的效应最小化，以减小相邻的经修整磁道中的边缘场，来增加由写入磁极尖端78生成的总写入场。

应注意，尽管单独地描述了写入磁极体76和写入磁极尖端78的设计变型，但上述的实施例还可被组合在磁写入器里以提供提高的器件性能。此外，所示的实施例仅仅作为例子，且将意识到可预期对所述设计和概念作出变型。

总之，本发明涉及用于向包括多个磁道的磁介质进行写入的磁写入器，且每个磁道包括多个用于信息存储的隔离的磁性元件。磁写入器包括具有写入元件尖端的写入元件，该写入元件尖端具有前缘、后缘以及在前缘和后缘之间延伸的第一和第二侧缘。该写入元件具有从前缘延伸至后缘的写入元件长度。侧屏蔽仅紧邻写入元件的第一侧缘或第二侧缘之一。在写入元件尖端的单侧使用侧屏蔽与在两侧缘上的屏蔽相比，增加了磁介质处的写入磁场。在某些实施例中，写入元件的至少一个表面没有对称线。写入元件的不对称减小了边缘场并进一步增加了设备的写入场。

尽管本发明已经参考较佳的实施例进行了描述，但本领域的技术人员将意识到，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行变化。

Claims (15)

1.一种用于向包括多个磁道的磁介质进行写入的磁写入器，所述多个磁道各自包括用于信息存储的多个隔离的磁性元件，所述磁写入器包括：

写入元件，其包括具有前缘、后缘以及将所述前缘连接到所述后缘的第一和第二侧缘的写入元件尖端；以及

第一屏蔽，所述第一屏蔽在沿从所述前缘到所述后缘的方向仅紧邻所述第一侧缘或所述第二侧缘之一；

其中所述写入元件具有从所述前缘延伸到所述后缘的写入元件尖端长度，且其中所述第一屏蔽沿磁道向下的长度小于所述写入元件尖端长度或者所述第一屏蔽延伸至所述前缘；所述前缘、所述后缘以及所述第一和第二侧缘限定具有梯形轮廓且最大宽度在所述后缘处的介质相对表面；所述后缘的宽度大于每一个所述隔离的磁性元件的宽度。

2.如权利要求1所述的磁写入器，其特征在于，还包括：

紧邻所述写入元件尖端的后缘的第二屏蔽。

3.如权利要求2所述的磁写入器，其特征在于，所述第二屏蔽与所述第一屏蔽是一体的。

4.如权利要求1所述的磁写入器，其特征在于，所述写入元件的至少一个表面没有对称线。

5.如权利要求1所述的磁写入器，其特征在于，由所述第一侧缘和所述后缘限定的第一角度与由所述第二侧缘和所述后缘限定的第二角度不同。

6.一种用于向包括多个磁道的磁介质写入或从其读取的磁记录系统，所述多个磁道各自包括用于信息存储的多个隔离的磁性元件，所述磁记录系统包括：

写入元件，其包括含有前缘、后缘以及将所述前缘连接到所述后缘的第一和第二侧缘的写入元件尖端，其中所述后缘的宽度大于所述磁介质上隔离的磁性元件的宽度，且其中所述写入元件的至少一个表面没有对称线；

第一屏蔽，所述第一屏蔽在沿从所述前缘到所述后缘的方向仅紧邻所述第一侧缘或所述第二侧缘之一； 

其中所述写入元件具有从所述前缘延伸到所述后缘的写入元件尖端长度，且其中所述第一屏蔽沿磁道向下的长度小于所述写入元件尖端长度或者所述第一屏蔽延伸至所述前缘。

7.如权利要求6所述的磁记录系统，其特征在于，所述第一和第二侧缘在所述前缘和所述后缘之间延伸，且其中形成于所述第一侧缘和所述后缘之间的第一角度与形成于所述第二侧缘和所述后缘之间的第二角度不同。

8.如权利要求7所述的磁记录系统，其特征在于，所述第一角度和第二角度之差约为5°。

9.如权利要求6所述的磁记录系统，其特征在于，还包括：

读取器组件，其中所述读取器组件的至少一部分被设置成相对于所述写入元件尖端的后缘为非零角度。

10.如权利要求6所述的磁记录系统，其特征在于，还包括：

与所述写入元件尖端的后缘相邻的第二屏蔽，其中所述第一屏蔽与所述第二屏蔽成一体。

11.一种磁记录系统，包括：

磁介质，其包括多个磁道，所述多个磁道各自包括用于信息存储的多个隔离的磁性元件；

写入元件，其包括具有由前缘、后缘以及将所述前缘连接至所述后缘的第一和第二侧缘限定的介质相对表面的写入元件尖端，其中所述后缘的宽度大于所述磁介质上隔离的磁性元件的宽度，且其中所述写入元件的至少一个表面没有对称线；以及

第一屏蔽，所述第一屏蔽在沿从所述前缘到所述后缘的方向仅紧邻所述写入元件尖端的第一侧缘或第二侧缘之一；

其中所述写入元件具有从所述前缘延伸到所述后缘的写入元件尖端长度，且其中所述第一屏蔽沿磁道向下的长度小于所述写入元件尖端长度或者所述第一屏蔽延伸至所述前缘；所述介质相对表面具有基本为梯形的轮廓，且最大宽度在所述后缘处。

12.如权利要求11所述的磁记录系统，其特征在于，由所述第一侧缘和所述后缘限定的第一角度与由所述第二侧缘和所述后缘限定的第二角度不同。 

13.如权利要求12所述的磁记录系统，其特征在于，所述第一角度和所述第二角度之差约为5°。

14.如权利要求11所述的磁记录系统，其特征在于，还包括：

读取器组件，其中所述读取器组件的至少一部分被设置成相对于所述写入元件尖端的后缘为非零角度。

15.如权利要求11所述的磁记录系统，其特征在于，还包括：

与所述写入元件尖端的后缘相邻的第二屏蔽，其中所述第一屏蔽与所述第二屏蔽成一体。 

Images