CN101777353A - 具有光学波导和近场换能器的热辅助记录头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有光学波导和近场换能器的热辅助记录头。根据一实施例，一种装置包括：近场换能器，包括导电金属膜，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊。此外，该装置包括用于照射所述近场换能器的光学波导，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离在约60和约240nm之间。

Description

具有光学波导和近场换能器的热辅助记录头
技术领域
本发明涉及数据存储系统，更特别地，涉及用于热辅助记录的具有近场换能器(transducer)的写头。
背景技术
计算机的核心是磁盘驱动器，磁盘驱动器通常包括旋转磁盘、具有读头和写头的滑块、在旋转盘上方的悬架和摆动悬架从而将读和/或写头置于旋转盘上的选定环形道上方的致动器臂。当盘不旋转时，悬架将滑块偏置得接触盘的表面，除非有加载/卸载坡道从而不发生与盘接触；然而，当盘旋转时，空气被与滑块的气垫面(ABS)相邻的旋转盘旋动，导致滑块骑在空气承垫上，距旋转盘的表面一小的距离。当滑块骑在空气承垫上时，写和读头被用来写磁印到旋转盘和从旋转盘读取磁信号场。读和写头连接到根据计算机程序操作的处理电路从而实施写和读功能。
当前对盘驱动器中使用的磁介质的更高存储位密度的探求已经将数据单元的大小(体积)减小到单元尺寸受限于磁材料的颗粒尺寸(grain size)的程度。尽管颗粒尺寸能进一步减小，但是担心存储于单元内的数据不再是热稳定的，因为在环境温度的随机热波动足以擦除数据。该状态描述为超顺磁极限，其确定给定磁介质的最大理论存储密度。该极限可通过增大磁介质的矫顽力或者降低温度来得到提升。当设计硬盘驱动器用于商业和消费用途时，降低温度不是实用的选择。提高矫顽力是实用方案，但是需要采用更高磁矩材料的写头或者诸如垂直记录的技术(或者两者)。
已经提出了另一方案，其采用热来降低磁介质表面上的局部区域的有效矫顽力且在该加热区域中写数据。在冷却介质至环境温度后，数据状态变成“固定的”。该技术宽泛地称为“热辅助(磁)记录”，TAR或TAMR。它能应用到纵向或垂直记录系统，尽管现有的最高密度存储系统更可能是垂直记录系统。介质表面的加热已通过多种技术实现，例如聚焦激光束或近场光源。
授予Stancil等人的美国专利No.6,999,384公开了磁介质的近场加热，其通过引用而包含于此。
需要的是进一步改善TAR系统的途径。
发明内容
根据一实施例，一种装置包括：包括导电金属膜的近场换能器，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊。此外，所述装置包括用于照射该近场换能器的光学波导，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离为约60和约240nm之间。
在另一实施例中，一种装置包括：包括导电金属膜的近场换能器，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊。此外，所述装置包括用于照射该近场换能器的光学波导，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离是在被照射时所述近场换能器上的表面等离子体激元(surface plasmon)的波长的约25％和约75％之间。
在另一实施例中，一种装置包括：包括导电金属膜的近场换能器，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从所述主体的前边缘延伸的脊。此外，所述装置包括用于照射所述近场换能器的光学波导，其中所述后边缘与所述光学波导的芯层大致对准。
这些实施例中的任何一个可以实施在磁数据存储系统例如盘驱动系统中，该磁数据存储系统可包括磁头，用于使磁介质(例如硬盘)经过该磁头的驱动机构，以及电耦接到该磁头的控制器。
本发明的其他方面和优点将从下面的详细描述变得显然，下面的详细描述结合附图以示例的方式说明了本发明的原理。
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，请结合附图参考下面的详细说明。
图1是磁记录盘驱动系统的简化图；
图2A是使用纵向记录形式的记录介质的示意性截面图；
图2B是用于图2A的纵向记录的常规磁记录头和记录介质组合的示意图；
图2C是使用垂直记录形式的磁记录介质；
图2D是用于在一侧的垂直记录的记录头和记录介质组合的示意图；
图2E是适用于分别在介质两侧记录的记录装置的示意图；
图3A是具有螺旋线圈(helical coil)的垂直磁头的一具体实施例的剖视图；
图3B是具有螺旋线圈的背负式磁头的一具体实施例的剖视图；
图4A是具有环回线圈(looped coil)的垂直磁头的一具体实施例的剖视图；
图4B是具有环回线圈的背负式磁头的一具体实施例的剖视图；
图5A是根据一实施例的薄膜垂直写头设计的局部剖视图；
图5B是根据一实施例，图5A中的细节5B的局部放大剖视图；
图6A是根据一实施例的近场换能器的顶视图；
图6B是根据另一实施例的近场换能器的顶视图；
图6C是根据另一实施例的近场换能器的顶视图；
图6D是根据一实施例的包括近场换能器的结构的侧视图；
图6E是根据另一实施例的近场换能器的顶视图；
图6F是根据一实施例的包括近场换能器的结构的侧视图；
图6G是根据另一实施例的近场换能器的顶视图；
图6H是根据一实施例的包括近场换能器的结构的侧视图；
图7A是根据一实施例的包括近场换能器的结构的侧视图；
图7B是根据一实施例从图7A中的线7B取得的结构的下部的顶视图；
图7C是根据一实施例从图7A中的线7C取得的结构的上部的顶视图；
图7D是根据一实施例的主极的拖尾视图；
图7E是根据一实施例的主极的顶视图。
具体实施方式
下面的说明是用于示范本发明的基本原理且不意味着限制这里主张的发明概念。此外，这里描述的具体特征可以与其他所描述的特征以各种可行组合和置换的每种结合使用。
除非这里另外明确定义，否则全部术语将被赋予其最宽可行解释，包括从说明书推出的含义以及本领域技术人员理解的和/或字典、论文等定义的含义。
还必须注意，在说明书和所附权利要求书中使用时，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数个指代物，除非另外指定。
下面的说明公开了基于盘的存储系统和/或相关系统及方法，及其操作和/或组成部件的若干优选实施例。
在一普通实施例中，一种装置包括：近场换能器，该近场换能器包括导电金属膜，该导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的所述前边缘延伸的脊；以及用于照射该近场换能器的光学波导，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离在约60纳米和约240纳米之间。
在另一普通实施例中，一种装置包括：包括导电金属膜的近场换能器，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊；以及用于照射该近场换能器的光学波导，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离是被照射时所述近场换能器上的表面等离子体激元(surface plasmon)的波长的约25％和约75％之间。
在又一普通实施例中，一种装置包括：包括导电金属膜的近场换能器，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从所述主体的前边缘延伸的脊；以及用于照射所述近场换能器的光学波导，其中所述后边缘与所述光学波导的芯层大致对准。
现在参照图1，示出根据本发明一实施例的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转磁盘112支承在主轴114上且被盘驱动马达118旋转。每个盘上的磁记录通常是盘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位于盘112附近，每个滑块113支承一个或更多磁读/写头121。当盘旋转时，滑块113在盘表面122上方径向进出移动从而头121可访问盘的记录所需数据和/或将要写入所需数据的不同的道。每个滑块113通过悬架115连接到致动器臂119。悬架115提供轻微的弹力，其偏置滑块113倚着盘表面122。每个致动器臂119连接到致动器127。如图1所示的致动器127可以是音圈马达(VCM)。音圈马达包括在固定磁场中可移动的线圈，线圈移动的方向和速度受控于控制器129提供的马达电流信号。
在盘存储系统的操作期间，盘112的旋转产生滑块113和盘表面122之间的空气承垫，其对滑块施加向上的力或举力。因此，在正常操作期间，空气承垫平衡悬架115的轻微弹力并支承滑块113离开盘表面且以一小的基本恒定的间距稍微位于盘表面上方。注意，在一些实施例中，滑块113可以沿盘表面122滑动。
盘存储系统的各种组元在操作上受控于控制单元129产生的控制信号，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、存储器(例如记忆体)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和线128上的头定位和寻道控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流曲线从而优化地移动和定位滑块113到盘112上的期望的数据道。读和写信号通过记录通道125传到读/写头121且从其传出。
上面对普通磁盘存储系统的描述以及附图1仅用于示范。应显然的是，盘存储系统可包含多个盘和致动器，每个致动器可支承多个滑块。
还可提供接口(interface)以用于盘驱动器和主机(集成的或外部的)之间的通讯，从而发送和接收数据且用于控制盘驱动器的操作并将盘驱动器的状态传送到主机，全都如本领域技术人员将理解的那样。
在一般的头中，感应写头包括嵌入在一个或多个绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，绝缘堆叠位于第一和第二极片层之间。间隙通过写头气垫面(ABS)处的间隙层形成于第一和第二极片层之间。极片层可在背间隙处连接。电流通过线圈层传导，这在极片中产生磁场。磁场跨ABS处的间隙弥散以用于写磁场信息位在移动介质上的道中，例如在旋转磁盘上的环形道中。
第二极片层具有从ABS延伸到展开点的极尖部分和从展开点延伸到背间隙的轭部分。展开点是第二极片开始加宽(展开)以形成轭的地方。展开点的定位直接影响产生来在记录介质上写信息的磁场的大小。
图2A示意性示出例如与磁盘记录系统(诸如图1所示的)一起使用的常规记录介质。该介质用于在介质本身的平面内或与介质本身平面平行地记录磁畴。记录介质(该例中为记录盘)基本上包括合适的非磁材料例如玻璃的支承衬底200和合适的常规磁层的上涂层202。
图2B示出常规记录/重放头204(其可优选为薄膜头)与常规记录介质(例如图2A所示的)之间的操作关系。
图2C示意性示出与磁盘记录系统(例如图1所示的)一起使用时基本垂直于记录介质表面的磁畴取向。对于这样的垂直记录，介质一般包括具有高磁导率的材料的衬层212。该衬层212又提供以相对于衬层212优选具有高矫顽力的磁材料的上涂层214。
图2D示出垂直头218与记录介质之间的操作关系。图2D所示的记录介质包括上面关于图2C描述的高磁导率衬层212和磁材料上涂层214两者。然而，这些层212和214两者示为应用于合适的衬底216。通常，还有称为“交换中断”层或“中间层”的额外层(未示出)在层212与214之间。
在该结构中，延伸于垂直头218的极之间的磁通线环回进出记录介质的上涂层214，记录介质的高磁导率衬层212使磁通线沿基本垂直于介质表面的方向通过上涂层214，从而以磁畴形式在磁材料的上涂层214中记录信息，所述磁材料相对于衬层212优选具有高矫顽力，所述磁畴具有基本垂直于介质表面的磁化轴。磁通通过软磁衬层212被引导回到头218的返回极(P1)。
图2E示出类似结构，其中衬底216在其两个相反面的每个上承载层212和214，合适的记录头218定位得在介质的每侧邻近磁涂层214的外表面，允许在介质每侧进行记录。
图3A是垂直磁头的剖视图。在图3A中，螺旋线圈310和312用于在针极(stitch pole)308中产生磁通，针极308又传送磁通到主极306。线圈310表示从页面延伸出来的线圈，而线圈312表示延伸到页面中的线圈。针极308可以从ABS 318缩进。绝缘体316围绕线圈且可为一些元件提供支承。介质行进的方向，如结构右方的箭头所示，移动介质首先经过下面的返回极314，然后经过针极308、主极306、拖尾屏蔽件304(其可连接到包绕屏蔽件(未示出))，且最后经过上面的返回极302。这些组元中的每个可具有与ABS 318接触的部分。ABS 318示出为越过结构右侧。
垂直写入通过迫使磁通经过针极308到主极306中且然后到盘的朝向ABS 318定位的表面而实现。
图3B示出具有与图3A的头类似的特征的背负式磁头。两个屏蔽件304、314在针极308和主极306侧面。还示出传感器屏蔽件322、324。传感器326通常定位在传感器屏蔽件322、324之间。
图4A是一实施例的示意图，其使用环回线圈410，有时称为扁平结构，以向针极408提供磁通。针极又将该磁通提供到主极406。在该取向中，下面的返回极是可选的。绝缘体416围绕线圈410，且可为针极408和主极416提供支承。针极可从ABS 418缩进。介质行进的方向，如结构右方的箭头所示，移动介质经过针极408、主极406、拖尾屏蔽件404(其可连接到包绕屏蔽件(未示出))，且最后经过上面的返回极402(这些组元全部可以或可以不具有与ABS 418接触的部分)。ABS 418示出为越过结构右侧。在一些实施例中，拖尾屏蔽件414可以接触主极406。
图4B示出具有与图4A的头类似特征的另一类背负式磁头，包括环回线圈410，其旋转环回从而形成环回线圈412。还示出传感器屏蔽件422、424。传感器426通常位于传感器屏蔽件422、424之间。
在图3B和4B中，可选的加热器328、428分别示为在磁头的非ABS侧附近。加热器328、428还可以包括在图3A和4A所示的磁头中。该加热器的位置可基于设计参数例如期望突出的位置、周围层的热膨胀系数等而改变。
热辅助记录(TAR)是记录信息到磁记录介质例如盘、带等上的方法。本发明的一普通动机涉及用于TAR的缩进电介质波导设计和与近场光学换能器的集成。波导芯可以优选地从换能器缩进一距离，该空间可填充有低折射率电介质材料，导致光学效率的显著提升。在一优选实施例中，缩进空间中的低折射率电介质材料可以在近场换能器的制造之后利用各向异性沉积来沉积，接着是高折射率芯材料的沉积。
根据一些实施例，对于将要实现的TAR，可以有利地将热高效地限制到单个数据道(示例性数据道可以为约40nm宽或更小)。候选的近场光源通常使用低损耗金属(Au、Ag、Al、Cu等)，其以一方式成形从而当光入射时在位于滑块ABS处的末端顶点处集中表面电荷运动。振荡末端电荷(oscillating tip charge)可以产生强的近场模式，加热所述盘。有时候，该金属结构能产生谐振电荷运动(表面等离子体激元)，从而进一步增加强度且增强盘加热。例如，当偏振光(polarized light)与三角形金板的角对准时，强的近场模式可产生在该角处。谐振电荷运动可以通过调节三角形尺寸以使表面等离子体激元频率匹配入射光频率而发生。另一近场换能器是从微波电路应用到光学频率的脊槽波导(ridge slot waveguide)(也称为C孔)。该形状可通过包括金属厚度的五个参数来表征。光偏振可与脊对准且入射光可在脊的末端聚集表面电荷。
过去，银中的脊波导已经在8nm的金属到金属飞高(fly-height)和516nm的波长处优化。此外，虽然当脊图案用于在长槽附近激发表面等离子体激元且增强远场传输时已经发现了窄谐振行为，但是对于各种C孔尺寸获得的远场测量显示出谱偏移。这里描述的大多数实施例涉及使用一些类型的脊波导来增强TAR中的写性能。
上面通过引用而包含的授予Stancil等人的美国专利No.6,999,384更详细地描述了磁介质的近场加热现象。
现在参照图5A，示出根据一实施例的包括集成天线(antenna)近场光源的薄膜垂直写头设计的局部剖视图500。当然，该实施例可以与任意其他图中描述的任何结构和系统结合使用。为了简化和阐明存在的结构，间隔层、绝缘层和写线圈层可从后面的图和描述中省略。
继续参照图5A，写头包括下返回极层502、背间隙层(或多个层)504、上返回极层506和上极尖层508。下返回极层502还可具有在ABS处的下极尖(未示出)。根据一些实施例，层510是光学波导芯，被包层512围绕。层510和512延伸穿过至少一部分背间隙层504。圆5B内的部件示于图5B的放大图中。线圈层(未示出)以及各种绝缘和间隔层(未示出)可居于ABS、背间隙504、下返回极502和上界定层506、508和512界定的腔内，如本领域技术人员将理解的那样。层502、504、506和508可以包括合适的磁合金或材料，如本领域技术人员所知的那样。示例性材料包括Co、Ni和/或Fe以及他们的复合物。层510可以包括合适的透光材料，如本领域技术人员所知的那样。示范性材料优选包括Ta2O5和/或TiO2。如所知的那样，芯层510具有沿其长度近似均一的横截面。如本领域所公知，光学波导510可具有多种其他可行设计，包括平面固态浸式反射镜(planar solid immersionmirror，PSIM)或平面固态浸式透镜(planar solid immersion lens)，其沿波导的长度具有非均一的芯横截面。
图5B是根据一实施例的图5A中的细节5B的局部放大剖视图。极唇(pole lip)516磁耦合到上极尖层508，且耦合到可选的磁台阶层514。电介质层518、天线层520以及极唇516构成近场换能器，其通过可选的光学波导芯510被提供以光能。极唇516和可选的磁台阶层514可以包括合适的磁合金，例如Co、Fe、Ni、及/或他们的复合物。天线层520可以包括Cu、Au、Ag、及/或他们的合金等。
继续参照图5B，包层512的厚度可以标称地为约200nm，但是取决于结构中其他层的尺寸而可以更厚或更薄。可选的磁台阶层514可以具有约150nm的标称厚度(层508与510之间的尺寸)，约180nm的标称深度(从层516测量到层512)。极唇516可具有与天线层520的深度大致相等的标称深度(从ABS测量)，值由近场光源的性能和属性确定(见下面的示例)。极唇516的厚度可以从约150nm(具有可选的磁台阶层514)到约1微米改变，优选在约250nm和约350nm之间。可选的波导芯层510的厚度可以标称地在约200nm和约400nm之间。
现在参照图6A，根据一实施例示出近场换能器620的顶视图。当然，该实施例可以与任何其他图例如图1-5B中描述的任何结构和系统结合使用。
如图6A所示，近场换能器620可包括E天线604，且可包括在一结构(600，图6D)中。E天线604可具有在一个、两个、三个或四个侧面的导电金属膜602，这些组元一起可构成近场换能器620。近场换能器620可描述为具有场增强脊的等离子体激元器件，且可包括导电金属膜604，导电金属膜604可具有主体601、从主体601延伸的脊605、以及从主体601沿与脊605相同的方向延伸的翼603。翼部分603通过将近场换能器620的上和下部分与主体部分601分隔开的虚线示出。因为在一些实施例中导电金属膜604的形状类似大写字母“E”，所以该结构可替代地称为“E天线”。
在一些实施例中，翼603可以仅被主体601电耦接，例如主体601和翼603可以由不同的层、材料层构成。在另一些实施例中，如图6A所示，可没有电导体位于翼之间，即磁材料层616不位于翼603之间。
注意，E天线604可以由各种层形成，不必须是一体形成的膜。在一些实施例中，E天线604可以基本是非三角形的。此外，磁材料616的层可以在翼603之间延伸至少一部分距离，或者可以根本不延伸于翼603之间，如图6A所示。
在一些方案中，光波导可优选包括芯层，例如图6D的芯层610，其中芯层的中心可以与脊605大致对准。
在一些实施例中，磁材料616的层可以位于翼603之间，还可以与翼603电隔离，例如通过绝缘层(例如电介质层602)。
在一些优选实施例中，近场换能器620和/或包括近场换能器620的系统可以和用于照射近场换能器620的光学波导一起使用，如图6D所示。
图6A所示的若干尺寸的值可以根据应用的具体需要来调节，下面的尺寸仅用于示例，绝不限制本发明的范围。每个尺寸可以根据结构600中其他层的尺寸而更大或更小。在一些实施例中，α1的长度可以约等于α2的长度。此外，在一些实施例中，α1和/或α2的长度可以优选地在约10nm和约50nm之间，例如约30nm。
在一些方案中，翼603之一与脊605之间的长度α4可以与主体601的在脊605从其延伸的边缘与相对边缘之间的长度α5大致相同。在又一些方案中，长度α4可优选在约100nm和约150nm之间，例如约130nm。
在一些优选实施例中，主体601在脊605从其延伸的边缘与相对边缘之间的长度α5可以在约60nm和约240nm之间，供选地在约80nm和约160nm之间，例如约120nm。
在一些实施例中，磁材料层616与C孔602或E天线之间的长度α6可优选地在约0nm和约80nm之间，例如约8nm。此外，C孔602或E天线可包括与绝缘层相同的材料且同时形成，或者可以包括不同的材料，以不同的层形成，等等。
在一些实施例中，脊605与主体601的后边缘之间的距离可以是被照射时所述近场换能器620上的表面等离子体激元(surface plasmon)的波长的约25％和约75％之间，供选地可以是被照射时所述近场换能器620上的表面等离子体激元的波长的约45％和约55％之间。
在一些实施例中，近场换能器620和/或包括近场换能器620的系统还可包括位于翼603之间的电介质层。该电介质层可以是本领域技术人员公知的任何形状。
在另一些实施例中，如图6A所示，近场换能器620和/或包括近场换能器620的系统还可包括相对于主体601定位得超过翼603的磁材料层616，其中与近场换能器620相邻的磁材料层616的长度至少与主体601的长度在相同方向上大约共同延伸，例如在与脊605的延伸方向垂直的方向上。
在一些优选实施例中，磁材料层616可以包括部分主极，例如图7A所示的主极704。
图6B示出根据另一实施例的近场换能器和相关结构。近场换能器620和/或包括近场换能器620的系统还可包括相对于主体601定位得超过翼603的磁材料层616，其中与近场换能器620相邻的磁材料层616的长度至少与主体601的长度在相同方向上大致共同延伸，例如在与脊605的延伸方向垂直的方向上。在又一些实施例中，磁材料层616可以与翼603电隔离，可以通过部分电介质层602与翼603电隔离。在此实施例中，磁材料层616与翼603的最近边缘之间的长度可优选在约0nm和约80nm之间，例如约8nm。在又一些实施例中，至少一个电介质层可以位于磁材料层616与翼603之间。
图6C示出根据另一实施例的近场换能器和相关结构。近场换能器620和/或包括近场换能器620的系统还可包括位于翼603之间的磁材料层616，磁材料层616可以与翼603电隔离，可通过电介质层602与翼603电隔离。在又一些实施例中，至少一个电介质层可以位于磁材料层616与翼603之间。
图6D示出根据一实施例的包括近场换能器620结构600的中部的剖视图。结构600可包括近场换能器620，近场换能器620可包括E天线604。近场换能器620的高度β2可以在约30nm和约300nm之间，且可以根据与光波长的关系来设置。在近场换能器620上方，芯层610可由TiO2、Ta2O5等形成，或者可由任何其他合适的材料形成，如本领域技术人员将理解的那样。芯层610可以通过形成缩进(recess)612的材料的薄层与近场换能器620绝缘，所述形成缩进612的材料包括低折射率材料如Al2O3、SiO2等。在一些实施例中，缩进612和电介质层602可包括相同材料。一般地，低折射率材料可以是具有约1.75以下折射率的任何材料。
在一些实施例中，近场换能器620可以通过具有厚度β3的缩进612与可包括芯层610和围绕的包层的光学波导分隔开，厚度β3大于约0nm且小于或等于约100nm。在另一些方案中，光学波导可以与近场换能器620间隔开约100nm和约10nm之间，约80nm和约10nm之间，约60nm和约10nm之间，约100nm和约20nm之间，约100nm和约40nm之间等。
继续参照图6D，气隙614可形成在近场换能器620之下，具有约1nm和约50nm之间的厚度β1，其可以用作头与包括记录层608的盘的表面之间的间隙。在气隙614之下，记录层608可以由本领域技术人员所知晓的任何合适的材料形成，例如CoPt或FePt。在记录层608下面，可以形成热沉606，如本领域技术人员将理解的那样。
在一些实施例中，光学波导的导光芯层可以与近场换能器620间隔开小于约100nm且大于0nm。
如本领域技术人员所使用的那样，其他层或层的组合可用在结构600中，包括绝缘层、粘合层等。此外，关于结构600描述的任何层可以包括多层，所述多层可以是或可以不是相同材料。
现在参照图6E，示出根据另一实施例的近场换能器和相关结构的顶视图。近场换能器620和/或包括近场换能器620的系统还可包括电介质层602，电介质层602可以在一侧、两侧、三侧或四侧接触E天线604，如图所示。在又一些实施例中，电介质层602可以包括一个以上电介质层，这些电介质层每个可以在不同时间由不同材料形成。
图6F示出可包括图6E所示的近场换能器620的系统600的剖视图。结构600可包括近场换能器620，近场换能器620可包括电介质层602和E天线604。近场换能器620的高度β2可以在约30nm和约300nm之间，且可以根据与光波长的关系来设置。在近场换能器620上面，芯层610可由TiO2、Ta2O5等形成，或者可由任何其他合适的材料形成，如本领域技术人员所知道的那样。芯层610可以通过形成缩进(recess)612的材料的薄层与近场换能器620绝缘，所述形成缩进612的材料包括低折射率材料如Al2O3、SiO2等。在一些实施例中，缩进612和电介质层602可包括相同材料。对图6D中的结构的任何描述也可应用于图6F所示的结构。
参照图6G，示出根据一实施例包括C孔602的近场换能器620的侧视图。在一些实施例中，C孔602可以在三侧隔离脊605，且可以包括SiO2、Al2O3，或者任何其他本领域技术人员所知道的合适的材料。导电金属膜604可包括Au、Cu、Ag、和/或他们的复合物，或者任何其他合适的材料，如本领域技术人员将理解的那样。
在图6G中可以看出，C孔602可以被薄金属层604完全围绕。
图6H示出可包括图6G所示的近场换能器620的系统600的剖视图。结构600可包括近场换能器620，近场换能器620可包括C孔602。对图6D和6F的任何描述可应用到图6H所示的结构。
近场换能器620可以如图6A-6C、6E和6G所述的那样形成，但是不仅限于这些结构。
现在参照图7A，示出根据一实施例的从另一结构700的中间取得的剖视图。结构700可以是具有近场换能器714和集成的波导的磁头，近场换能器714可包括C孔或电介质材料(602，图7B)和导电金属膜例如E天线(604，图7B)，波导可用于照射近场换能器714，光学波导的导光芯层712与近场换能器714间隔开距离β3。当然，该实施例可以与图1-6H中描述的任何结构和系统结合使用。该结构可包括主极704，主极704可包括本领域技术人员所知晓的任何材料，例如NiFe、CoFe、CoNiFe等。主极704可具有形成在主极704的下部分附近的台阶708。此外，主极704可具有形成在ABS 716附近的唇706。
在一些实施例中，距离β3可以小于约100nm且大于约10nm。在另一些方案中，光学波导可以与近场换能器714间隔开约80nm和约10nm之间，约60nm和约10nm之间，约100nm和约20nm之间，约100nm和约40nm之间等。
主极704旁边，可以形成下包层710，下包层710可以将主极704与芯层712中的光传播隔离。如本领域技术人员将理解的那样，下包层710可以由任何低折射率隔离材料形成，例如Al2O3、SiO2等。E天线(604，图7B)和磁唇706之间的间隙602可以填充有任何光学透明材料例如SiO2、Al2O3等，如本领域技术人员公知的那样。
此外，隔离层可以形成近场换能器714与光学波导的芯层712之间的薄层，形成近场换能器714与芯层712之间的缩进。近场换能器714与芯层712的分隔使得结构700的光学效率显著提升。
在一些实施例中，绝缘电介质层602可以电隔离主极704与E天线604。电介质层602可以包括本领域技术人员所知晓的任何材料，例如SiO2、Al2O3等。
芯层712一般用于传送光能到盘表面，由此引起盘表面的局部加热。芯层712可以包括任何高折射率材料，例如TiO2、Ta2O5等，或者可包括本领域普通技术人员所知晓的任何其他材料。在芯层712上，可用本领域技术人员所知晓的任何材料形成上包层702，例如Al2O3、SiO2等。此外，包层718可以形成在主极704之上。根据一些实施例，下包层710还可形成光学波导和近场换能器714之间的缩进。
图7B示出根据一实施例结构700的从图7A中的线7B取得的ABS视图。如图所示，主极704可形成朝向近场换能器714延伸的磁唇706。主极704也可包括这里在前描述的磁材料层。电介质层602可以接触E天线604，E天线604可包括导电金属膜604例如Au、Ag、Cu等。E天线604的不与电介质层602接触的三个侧面可以与包层702相邻。
在一些优选实施例中，电介质层602可电隔离E天线604和主极704。此外，主极704和近场换能器714之间的部分电介质层602可优选具有0nm和约80nm之间的平均宽度，例如约8nm。
一般地，近场换能器光源包括置于导电金属膜中的矩形电介质层。在一些实施例中，近场换能器可包括C孔和/或E天线。适当频率的光被引导到近场换能器上。
在本实施例中，光通过可选的光学波导芯层712被引导到包括电介质层602和E天线604的近场换能器714。延伸到电介质层602的中心部分中的是导电脊(605，图6A)，通常是E天线604的延伸部。入射的沿与脊平行的方向偏振的辐照产生近场光源，其在脊的末端与相对的电介质层602的边界之间的间隙中表现为靠近脊的末端或者在脊的末端处。在本实施例中，磁唇706位于该相对边界处，近场光源定位得非常接近磁唇706。
开发本实施例时进行的模拟研究已经揭示了未预期到的进展，即与E天线604大致相同高度的磁唇706能非常接近天线604而对光学效率有极小的影响，假如磁唇706与电介质层602接界且位于脊末端的对面。这将写头的有效极尖定位得非常接近近场光源产生的热区，所述热区位于脊的末端与磁唇706的边缘之间。
图7C示出根据一实施例结构700的从图7A中的线7C取得的剖视图。如在远离ABS 716的此位置所示，结构700可基本称为光学波导。包层702可围绕隔离层710和芯层712形成的结构的三侧，另一包层718可形成在剩余侧。芯层712可具有矩形横截面，或者如本领域技术人员所选择那样的任何其他横截面轮廓，诸如正方形、三角形、圆形等。还可以使用其他波导结构，例如固态浸式反射镜、固态浸式透镜等。
在图7A-7C每个中，图的最左部分可进一步延伸且可以形成更多形状并可以包括额外的层。此外，如本领域技术人员将会使用的那样，其他层和层的组合可以用在结构700中，包括绝缘层、粘合层等。此外，关于结构700描述的任何层可以包括多层，该多层可以是或者可以不是相同材料的。
现在参照图7D，示出根据一实施例的主极704的拖尾视图。如图所示，主极704可以从下部分起向外展开。高度尺寸ε4表示台阶(708，图7A)的高度，其可以在约100和约1000nm之间，优选约500nm。高度尺寸ε2表示极唇(706，图7A)的高度，其可以在约20nm和约200nm之间，优选约90nm。此外，宽度尺寸ε3表示台阶(708，图7A)的宽度，其可以在约200nm和约2000nm之间，优选约1000nm。宽度尺寸ε1表示极唇(706，图7A)的宽度，其可以在约100nm和约1000nm之间，优选约600nm。
现在参照图7E，示出根据一实施例的主极704的局部ABS视图。可以看出，主极704可具有较窄部分和较厚部分。根据一些实施例，尺寸ε5和ε6可以大约相等。此外，尺寸ε5和ε6可以在约200和2000nm之间，优选约1000nm。尺寸ε7可以在约70nm和约700nm之间，优选约350nm。尺寸ε8可以在约100nm和约1000nm之间，优选约600nm。
在一些实施例中，至少一部分近场换能器714可包括磁材料，例如Fe、Ni、Co、和/或他们的复合物等。
关于图7D和7E描述的每个尺寸可以更大或更小，取决于头和系统中的组元的具体尺寸和形状。
尽管上面论述的许多实施例包括光学波导，但是本发明不限于此。在各种实施例中，本发明的其他方式的使用包括近场扫描光学显微镜、光刻(lighography)、相变记录等。
应注意，这里对于各种实施例中的至少一些给出的方法可以整体或部分地通过计算机硬件、软件、手动、或者利用专门设备、以及他们的组合等实施。
虽然上面已经公开了各种实施例，但是应理解，他们仅以示例而不是限制的方式给出。因此，本发明的实施例的广度和范围不应局限于任何上述示范性实施例，而应仅依据所附权利要求及其等价物来定义。

Claims (23)

1.一种装置，包括：
近场换能器，包括导电金属膜，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊；以及
光学波导，用于照射所述近场换能器，
其中该脊和该主体的后边缘之间的距离在60和240nm之间。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述距离在80和160nm之间。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述导电金属膜具有形成在其中的C孔。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述导电金属膜具有E形。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述导电金属膜包括从所述主体延伸的翼。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述后边缘与所述光学波导的芯层基本对准。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述光学波导包括芯层，其中所述芯层的中心与所述脊基本对准。
8.一种装置，包括：
近场换能器，包括导电金属膜，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊；以及
光学波导，用于照射所述近场换能器，
其中该脊和该主体的后边缘之间的距离是被照射时所述近场换能器上的表面等离子体激元的波长的25％和75％之间。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述距离是被照射时所述近场换能器上的表面等离子体激元的波长的45％和55％之间。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述导电金属膜具有形成在其中的C孔。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述导电金属膜具有E形。
12.如权利要求8所述的装置，其中所述导电金属膜包括从所述主体延伸的翼。
13.如权利要求8所述的装置，其中所述后边缘与所述光学波导的芯层基本对准。
14.如权利要求8所述的装置，其中所述光学波导包括芯层，其中所述芯层的中心基本对准所述脊。
15.一种装置，包括：
近场换能器，包括导电金属膜，所述导电金属膜具有带前和后边缘的主体以及从该主体的前边缘延伸的脊；以及
光学波导，用于照射所述近场换能器，
其中所述后边缘与所述光学波导的芯层基本对准。
16.如权利要求15所述的装置，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离是被照射时所述近场换能器上的表面等离子体激元的波长的25％和75％之间。
17.如权利要求15所述的装置，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离是被照射时所述近场换能器上的表面等离子体激元的波长的45％和55％之间。
18.如权利要求15所述的装置，其中该脊和该主体的后边缘之间的距离为60和240nm之间。
19.如权利要求15所述的装置，其中所述距离为80和160nm之间。
20.如权利要求15所述的装置，其中所述导电金属膜具有形成在其中的C孔。
21.如权利要求15所述的装置，其中所述导电金属膜具有E形。
22.如权利要求15所述的装置，其中所述导电金属膜包括从所述主体延伸的翼。
23.如权利要求15所述的装置，其中所述光学波导包括芯层，其中所述芯层的中心基本对准所述脊。
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