CN101872629B - 含有表面等离子体天线和具有凹槽的波导管的近场光发生器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种使尽可能大量的波导光可与等离子体天线相耦合的近场光发生器。所述元件包括光波导管以及等离子体天线，所述等离子体天线包括用于传播由所述波导光所激发的表面等离子体的表面或边缘，所述表面或边缘延伸至所述近场光发生末端。一凹槽形成在所述波导管的侧表面中。所述传播表面或所述传播边缘的至少一部分被嵌入所述凹槽中或者直接位于所述凹槽上方，所述至少一部分以预定距离与所述凹槽的壁表面或底表面相对，从而用于使波导光以表面等离子体模式与所述等离子体天线相耦合。该配置能够使表面或边缘位于如下位置，在该位置中所述表面或边缘可与更大量的光相耦合，从而提高光利用率。

Description

含有表面等离子体天线和具有凹槽的波导管的近场光发生器
技术领域
本发明涉及用于在光照射下产生近场光的等离子体天线。本发明还涉及用于热辅助磁记录的磁头，在该热辅助磁记录中，用近场光照射磁记录介质，从而降低该介质的各向异性磁场，由此可将数据写入。而且，本发明涉及设置有该磁头的磁记录装置。
背景技术
随着磁盘装置的记录密度变得越来越高，需要进一步提高薄膜磁头和磁记录媒介的性能。作为薄膜磁头，广泛使用的是复合式薄膜磁头，这种复合式薄膜磁头具有用于读取数据的磁阻元件和用于写入数据的电磁换能器的堆叠结构。
然而，磁记录介质通常是一种被聚集在一起的磁性微粒的不连续体，并且每个磁性微粒具有单个磁畴结构。这里，一个记录位由多个磁性微粒组成。因此，为了提高记录密度，需要减小磁性微粒的尺寸并且降低记录位的边界的不规则性。然而，磁性微粒的尺寸的减小引起了由体积减少而导致的磁化热稳定性降低这一问题。近来，作为一种用于解决这种热稳定问题的方法，提出了一种所谓的热辅助磁记录技术，在该技术中磁记录介质由一种具有大的磁各向异性能量KU的磁材料制成，写是通过降低各向异性磁场而进行的，其中在刚要应用写场之前对磁记录介质施加热量。
作为一种热辅助磁记录技术，公知一种如下方法，在该方法中使用一种由金属件制成的近场光探针(被称为等离子体天线)，该天线被用于从被照射激光所激发的等离子体中产生近场光。例如，美国专利No.6,768,556 B1公开了一种如下的等离子体天线，该等离子体天线包括形成在衬底上的具有球果形状的金属散射体和形成在该金属散射体周围的电介质材料薄膜。美国专利公开文本No.2004/081031 A1公开了一种如下配置，在这种配置中等离子体天线被形成为接触用于垂直磁记录的磁头的主磁极，所述接触方式为：等离子体天线的受照射表面垂直于磁记录介质的表面。另外，美国专利公开文本No.2003/066944 A1公开了一种如下技术，在该技术中，等离子体天线的尖端更接近于磁记录介质，以试图以更强的近场光照射介质。
如上所述，已提出了多种使用等离子体天线的热辅助磁记录技术。本发明人已设计出一种如下的近场光发生器，在该近场光发生器中，传播穿过波导管的激光(波导光)以表面等离子体模式与等离子体天线相耦合，从而使受激发的表面等离子体传播至与介质相对的表面，从而提供近场光，而非直接将波导光应用至等离子体天线。所述元件中的等离子体天线在下文中被称为表面等离子体天线。在近场光发生器中，表面等离子体天线的温度不会过度增加，因为波导光不是直接被应用到表面等离子体天线的。因此，可避免用于从磁记录介质中读取数据信号或伺服信号的读取头元件的末端——其到达与介质相对的表面——由于等离子体天线的热膨胀而变得相对远离磁记录介质(这使得难以正确地读取伺服信号)。另外，也可避免因等离子体天线中自由电子的热扰动的增加而降低近场光发生器的光利用率。这里，近场光发生器的光利用率被表示为IOUT/IIN(×100)，其中IIN是入射到波导管的激光的强度，IOUT是在将激光转化为等离子体天线中的表面等离子体之后，从等离子体天线的近场光发生端中发射出的近场光的强度。
上述近场光发生器需要具有进一步改进的光利用率。实际上，公知的是需要至少10％(百分比)或更高的光利用率以便实现良好的热辅助磁记录。尤其是为了满足对上述近场光发生器的要求，非常重要的是，使尽可能多的波导光以表面等离子体模式与等离子体天线相耦合。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种近场光发生器，在这种近场光发生器中，传播穿过波导管的光(波导光)尽可能多地以表面等离子体模式与等离子体天线相耦合，由此提高光利用率。
本发明的另一目的在于提供一种能够适当地加热磁记录介质上的写位置的热辅助磁记录头、提供一种设置有该头的头万向架组件(HGA)，并且还在于，提供一种设置有所述HGA的磁记录装置。
在解释本发明之前，将限定本说明书中所用的一些术语。在形成于本发明的磁记录头的滑块衬底的元件形成表面上的分层结构或元件结构中，当从标准层或者元件观察时，衬底侧被限定为“下”侧；相对的一侧被限定为“上”侧。另外，在示出本发明的磁头的实施方案的一些附图中，根据需要标示有“X、Y和Z轴方向”。这里，Z轴方向表示上述的“上下”方向，+Z方向相应于后缘侧(trailing side)，-Z方向相应于前缘侧(leading side)。Y轴方向表示磁轨宽度方向，X轴方向表示高度方向。
而且，设置在磁记录头内的波导管的“侧表面”被限定为在围绕波导管的所有末端表面中，除了垂直于光在波导管内的传播方向(-X方向)的末端表面之外的末端表面。根据该限定，“上表面”和“下表面”是“侧表面”中的一个。所述“侧表面”是一如下表面，在该表面上，传播光可在相应于核心(core)的波导管内被完全反射。
根据本发明，提供了一种近场光发生器，其包括：
用于激发表面等离子体的光传播穿过其中的波导管；以及
等离子体天线，其包括：用于发出近场光的近场光发生末端；以及传播表面或传播边缘，其用于使由所述光所激发的表面等离子体在其上传播，所述传播表面或所述传播边缘延伸至所述近场光发生末端；
在所述波导管的侧表面中形成的凹槽，并且所述传播表面或所述传播边缘的至少一部分嵌入到所述凹槽中或者直接位于所述凹槽上方，所述至少一部分以预定距离与所述凹槽的壁表面或底表面相对，从而用于使传播穿过所述波导管的光以表面等离子体模式与所述等离子体天线相耦合。
在上述近场光发生器中，所述嵌入的传播表面或传播边缘位于接近于传播穿过波导管的光(波导光)的强度分布(通常为高斯分布)的中心的位置。这里，该中心是在波导管内形成凹槽之前的强度分布的中心。也就是说，传播表面或传播边缘位于如下位置：在该位置中，该表面或边缘可以以表面等离子体模式与更多量的光相耦合。从而，提高了近场光发生器的光利用率。
在本发明的近场光发生器中，所述等离子体天线的传播表面或传播边缘的至少一部分优选通过如下的缓冲部分与所述凹槽的壁表面或底表面相对，所述缓冲部分具有的折射率低于所述波导管的折射率。在这种情况下，优选地所述缓冲部分具有的折射率等于或者高于覆盖所述等离子体天线的末端表面的材料的折射率，所述末端表面与所述传播表面或所述传播边缘相对。而且，所述缓冲部分优选是被形成为覆盖所述波导管的覆层的一部分。
而且，所述等离子体天线的所述传播表面或所述传播边缘的所述至少一部分被优选地定位在所述凹槽中的最深处。另外，还优选的是，所述等离子体天线包括所述传播边缘，所述凹槽是具有V型截面的刻槽部分。而且，等离子体天线优选地由从Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Au、Ag、Cu或Al组成的组中选择的一种元素制成，或者由该组中的至少两种所构成的合金而制成。
另外，在本发明的上述近场光发生器中，优选的是所述凹槽被成形为延伸至所述近场光发生末端的附近，并且整个所述传播表面或所述传播边缘被嵌入所述凹槽或者直接位于所述凹槽上方，整个所述传播表面或所述传播边缘都以预定距离与所述凹槽的壁表面或底表面相对。在该情况下，表面等离子体——其到达近场光发生末端——可在传播过程中不明显改变其波数KSP，这使传播损耗更少。
另外，在本发明的上述近场光发生器中，所述凹槽在所述波导管的侧表面下方的深度是10nm(纳米)或更多、以及340nm或更少，以及优选地是波导管的厚度的2.5％(百分比)或更多、以及所述厚度的85％或更少。这种设置能够使近场光发生器具有10％或更多的高的光利用率。
根据本发明，还提供了一种热辅助磁记录头，其包括：
磁极，其用于从其末端产生写场，所述末端位于与介质相对的表面侧；
用于激发表面等离子体的光传播穿过其中的波导管；以及
等离子体天线，其包括：用于发出近场光的近场光发生末端，其到达与介质相对的表面；以及传播表面或传播边缘，其用于使由所述光所激发的表面等离子体在其上传播，所述传播表面或所述传播边缘延伸至所述近场光发生末端；
在所述波导管的侧表面中形成的凹槽，并且所述传播表面或所述传播边缘的至少一部分嵌入到所述凹槽中或者直接位于所述凹槽上方，所述至少一部分以预定距离与所述凹槽的壁表面或底表面相对，从而用于使传播穿过所述波导管的光以表面等离子体模式与所述等离子体天线相耦合。
在本发明的热辅助磁记录头中，所述波导管被优选设置在相对于所述等离子体天线而言与所述磁极相对的一侧。这里，还优选的是，等离子体天线的在与介质相对的表面侧上的一部分是倾斜的，从而与所述磁极上朝向所述的与介质相对的表面的介质相对表面侧(opposed-to-medium surface side)的末端部分更接近。还优选的是，所述磁极的在与介质相对的表面侧上的一部分是倾斜的，从而与所述等离子体天线上朝向所述的与介质相对的表面的介质相对表面侧的末端部分更接近。在这些配置下，可将波导管和磁极之间的距离设置为一充分大的值，而将等离子体天线的近场光发生末端靠近磁极的在与介质相对的表面侧上的末端表面定位。从而，可确保避免光的一部分被吸入到磁极中以及要被转化为近场光的光的数量的降低。而且，还优选的是，在等离子体天线和磁极之间设置一导热层，以覆盖所述等离子体天线的末端表面，所述末端表面与所述传播表面或所述传播边缘相对。
根据本发明，还提供了一种HGA，其包括上述热辅助磁记录头和支撑所述热辅助磁记录头的悬架。
根据本发明，还提供了一种磁记录装置，其包括：至少一个上述的HGA；至少一个磁记录介质；以及一记录电路，其用于控制所述热辅助磁记录头向所述至少一个磁记录介质所进行的写操作，以及
所述记录电路还包括一光发射控制电路，该光发射控制电路用于控制一产生用于激活表面等离子体的光的光源的操作。
本发明的再一些目的和优点将从如在附图中所示的本发明的优选实施方案的如下描述中变得显而易见。在每个附图中，与其它附图中所示的元件相同的元件用相同参考数字表示。另外，元件内的尺寸比和元件之间的尺寸比是为了可视性而任意设置的。
附图说明
图1示出一立体图，该立体图示意性图示了在本发明的磁记录装置和HGA的一个实施方案中的主要部分的结构；
图2示出一立体图，该立体图图示了本发明的热辅助磁记录头的一个实施方案；
图3示出了沿图2中的平面A所取的截面图，该截面图示意性图示了热辅助磁记录头的主要部分；
图4示出了一立体图，该立体图示意性图示了波导管、表面等离子体天线和主磁极层的配置；
图5a示出了一立体图，该立体图图示了磁头部分末端表面上波导管、表面等离子体天线和电磁换能器的各末端表面的形状；
图5b和5c示出了沿图5a中示出的平面B所取的截面图，所述截面图示意性图示了波导管和表面等离子体天线的配置；
图6a～6d示出了多个示意图，用于说明利用本发明的表面等离子体模式的热辅助磁记录；
图7a～7f示出了多个示意图，所述示意图图示了关于本发明的近场光发生器(波导管、缓冲部分和表面等离子体天线)和主磁极的形状和布置的各种实施方案；
图8示出了一框图，该框图示出了在图1中所示的磁盘装置的记录/再现和光发射控制电路的电路结构；
图9示出了一曲线图，该曲线图示出了在凹槽的深度DGR和表1中所示的光利用率之间的关系；以及
图10a和10b分别示出了一截面图和一俯视图，所述附图示意性图示了在实施例中使用的位-图案化介质(bit-patterned medium)的结构。
具体实施方式
图1示出一立体图，该立体图示意性地图示了一个磁记录装置实施方案中主要部分的结构以及本发明的HGA。这里，在HGA的立体图中，HGA上与磁记录介质的表面相对的一侧被呈现在上侧。
作为图1所示的磁记录装置的磁盘装置包括：作为磁记录媒介的多个磁盘10，其围绕主轴马达11的旋转轴旋转；组件支撑设备12，其上设有多个驱动臂14；万向架组件(HGA)17，其附接在每个驱动臂14的顶端部分上，并且设有作为薄膜磁头的热辅助磁记录头21；以及记录/再现和光发射控制电路13，其用于控制热辅助磁记录头21的写/读操作，并且还用于控制作为光源的激光二极管的发射工作，所述激光二极管产生用于热辅助磁记录的激光，这将在后面进行说明。
在本实施方案中，磁盘10被设计用于垂直磁记录，并且该磁盘具有如下结构，在该结构中顺序堆叠在磁盘衬底上的是：软磁下层；中间层；以及磁记录层(垂直磁化层)。组件支撑设备12是一种用于将热辅助磁记录头21布置在形成于磁盘10的磁记录层上的磁轨上方的设备，在所述磁轨上排列有记录位。在该装置中，沿枢转轴承轴(pivotbearing axis)16的方向堆叠驱动臂14，并且该驱动臂14能够通过音圈马达(VCM)15围绕轴16成角度摆动。本发明的磁盘装置的结构不限于上述结构。例如，磁盘10、驱动臂14、HGA 17和热辅助磁记录头21中每个的数目可以是一个。
还参照图1，HGA 17中的悬架20包括：载重梁200；固定在载重梁200上的具有弹性的弯曲部分(flexure)201；以及被设置在载重梁200的底部上的基板202。而且，在弯曲部分201上，提供了一个接线构件203，该接线构件由引线导体以及电连接至所述引线导体的两端的连接衬垫组成。所述热辅助磁记录头21在悬架20的顶端部分处被固定至弯曲部分201，以预定间隔(浮动高度)朝向每个磁盘10的表面。而且，接线构件203的一末端电连接至热辅助磁记录头21的端电极。所述悬架20的结构不限于上述一种。用于驱动所述头的IC芯片也可被安装在悬架20的中部，虽然该芯片未示出。
图2示出本发明的一个热辅助磁记录头21的实施方案的立体图。
如图2中所示，热辅助磁记录头21由滑块22和光源单元23组成。滑块22包括：滑块衬底220，其例如由AlTiC(Al2O3-TiC)制成，并且具有被处理过气垫面(air bearing surface，ABS)2200，以便提供一合适的浮动高度；以及一磁头部分221，其在垂直于ABS 2200的元件形成表面2202上形成。而光源单元23包括：单元衬底230，其例如由AlTiC(Al2O3-TiC)制成，并且具有接合表面2300；以及作为光源的激光二极管40，其被设置在垂直于接合表面2300的源安装面2302上。所述滑块22和光源单元23相互结合，使得滑块衬底220的背表面2201与单元衬底230的接合表面2300具有相互接触的表面。这里，滑块衬底220的背表面2201被限定为与滑块衬底220的ABS2200相对的末端表面。替代性地，热辅助磁记录头21可具有如下配置，在该配置中激光二极管40被直接设置在滑块22上而未使用光源单元23。
在滑块22中，在滑块衬底220的元件形成表面2202上形成的磁头部分221包括：由用于从磁盘中读取数据的磁阻(MR)元件33和用于将数据写入磁盘的电磁换能器34组成的磁头元件32；波导管35，其用于将产生自设置于光源单元23中的激光二极管40的激光导向至与介质相对的表面侧；表面等离子体天线36，其与波导管35共同构成近场光发生器；覆层38，其被形成在元件形成表面2202上，从而覆盖MR元件33、电磁换能器34、波导管35以及表面等离子体天线36；一对端电极370，其被暴露在覆层38的上表面中并且电连接至MR元件33；以及一对端电极371，其也被暴露在覆层38的上表面中并且电连接至电磁换能器34。端电极370和371电连接至设置在弯曲部分201(图1)的接线构件203的连接垫。
MR元件33、电磁换能器34和表面等离子体天线36的各自的一末端达到磁头部分末端表面2210，所述磁头部分末端表面是磁头部分221的与介质相对的一个表面。如下所述，沿着表面等离子体天线36设置波导管35；从而，在本实施方案中，波导管35的一末端也到达磁头部分末端表面2210。这里，磁头部分末端表面2210和ABS 2200构成热辅助磁记录头21的整个与介质相对的表面。在实际的读写操作中，热辅助磁记录头21通过空气动力方式以一预定浮动高度浮动在旋转磁盘的表面上面。从而，MR元件33和电磁换能器34的各末端以合适的磁间距朝向磁盘的磁记录层的表面。接下来，MR元件33通过探测来自磁记录层的信号磁场来读取数据，电磁换能器34通过向磁记录层施加信号磁场来写入数据。当写入数据时，从光源单元23的激光二极管40产生激光，且该激光传播穿过波导管35。接下来，激光(波导光)以表面等离子体模式与表面等离子体天线36相耦合，使在表面等离子体天线36上激励出表面等离子体，如下面所详细描述的。表面等离子体在表面等离子体天线36中所设置的传播边缘或传播表面上朝磁头部分末端表面2210传播(这在下面进行描述)，这导致从表面等离子体天线36的磁头末端表面2210侧上的末端处产生近场光。所产生的近场光到达磁盘的表面，并且加热磁盘的磁记录层的一个部分。从而，将所述部分的各向异性磁场(矫顽力)减少到一个使能够进行写的值；由此可完成热辅助磁记录。
图3示出了沿图2中的平面A所取的截面图，该截面图示意性示出了热辅助磁记录头21的主要部分。
如图3中所示，MR元件33在被堆叠在元件形成表面2202上的绝缘层380上形成，并且包括：MR多层332；以及将MR多层332和绝缘层381夹在其间的下屏蔽层330和上屏蔽层334。所述上屏蔽层334和下屏蔽层330防止MR多层332接收到作为噪声的外部磁场。所述上屏蔽层334和下屏蔽层330是厚度大约0.5～3μm(微米)的借助于框架电镀方法(frame plating method)或溅射方法、由诸如NiFe(坡莫合金)、FeSiAl(铁硅铝磁合金)、CoFeNi、CoFe、FeN、FeZrN或CoZrTaCr等的软磁材料制成的磁层，或者由这些材料中的至少两种制成的多层。
所述MR多层332是通过使用MR效应探测信号磁场的磁敏部分。所述MR元件33例如可以是：利用CIP-GMR效应的电流方向在平面内的巨磁阻(CIP-GMR)多层；利用CPP-GMR效应的电流方向垂直于平面的巨磁阻(CPP-GMR)多层；或者利用TMR效应的隧道型磁阻(TMR)多层。利用上述任一MR效应的MR多层332可以高灵敏度地探测来自磁盘的信号磁场。在所述MR多层332是CPP-GMR多层或TMR多层的情况下，上屏蔽层334和下屏蔽层330用作电极。而在所述MR多层332是CIP-GMR多层的情况下，在MR多层332和相应的上屏蔽层334和下屏蔽层330之间设置有绝缘层；而且，形成有电连接至MR多层332的MR引线层。
如图3中所示，电磁换能器34被设计用于本实施方案中的垂直磁记录，其包括：主磁极层340、间隙层341、写线圈层343、线圈绝缘层344以及写屏蔽层345。
主磁极层340被设置在由诸如Al2O3(氧化铝)等绝缘材料制成的绝缘层384上，并且主磁极层340作为用于将磁通量会聚并导向至磁盘的磁记录层(垂直磁化层)的磁路，所述磁通量由流过写线圈层343的写电流激发。主磁极层340具有其中主磁极3400和主极体3401顺序堆叠的结构。主磁极3400包括：第一主极部分3400a，其沿磁轨宽度方向具有小宽度WP(图5)；以及第二主极部分3400b，其位于第一主极部分3400a上并且位于第一主极部分3400a的后部(+X侧)。所述第一主极部分3400a的小宽度WP能够产生精细的写磁场，使得磁轨宽度可被设置为适于更高记录密度的非常小的值。所述主磁极3400由饱和磁通量密度高于主极体3401的饱和磁通量密度的软磁材料制成，所述软磁材料例如是包含Fe为主要成分的铁合金诸如FeNi、FeCo、FeCoNi、FeN或FeZrN。所述第一主极部分3400a的厚度例如在大约0.1～0.8μm的范围内。
间隙层341形成一如下间隙，该间隙被提供用于在接近于磁头部分末端表面的区域中将主磁极层340与写屏蔽层345相分隔。间隙层341例如由，非磁性绝缘材料诸如Al2O3(氧化铝)、SiO2(二氧化硅)、AlN(氮化铝)或者DLC制成，或者由非磁性导电材料例如Ru(钌)制成。所述间隙层341的厚度确定了主磁极层340和写屏蔽层345之间的距离，并且，所述间隙层341的厚度例如在大约0.01～0.5μm的范围内。写线圈层343在由诸如Al2O3(氧化铝)等绝缘材料制成的绝缘层3421上以如下方式被形成，即在主磁极层340和写屏蔽层345之间至少穿过一匝，并且写线圈层343具有以一后接触部分3402为中心的螺旋结构。写线圈层343由诸如Cu(铜)等的导电材料制成。写线圈层343被覆盖以线圈绝缘层344，所述线圈绝缘层由诸如热固化光刻胶等绝缘材料制成并且使写线圈层343相对于主磁极层340和写屏蔽层345电绝缘。写线圈层343在本实施方案中具有单层结构，但是，写线圈层也可具有两个或更多个分层结构或者螺旋线圈形状。而且，写线圈层343的匝数不限于图3中所示出的，例如可在二到七的范围内。
写屏蔽层345到达磁头部分末端表面2210，并且用作从软磁下层返回的磁通量的磁路，所述软磁下层被设置在磁盘的磁记录层(垂直磁化层)下。写屏蔽层345的厚度例如为大约0.5～5μm。而且，写屏蔽层345具有一后缘屏蔽体3450，该后缘屏蔽体3450是一个与主磁极340相对的部分。该后缘屏蔽体3450也延伸至磁头部分末端表面2210，并且其被提供用于接受从主磁极层340分散的磁通量。在本实施方案中，后缘屏蔽体3450沿磁轨宽度方向的宽度不仅大于第一主极部分3400a的宽度，而且也大于主极体3401。该后缘屏蔽体3450导致后缘屏蔽体3450的末端部分和第一主极部分3400a之间的磁场梯度变得更陡峭。从而，信号输出的抖动变得更小，由此可降低在读操作过程中的误码率。所述写屏蔽层345由软磁材料制成；尤其地，后缘屏蔽体3450由诸如NiFe(坡莫合金)之类的具有高饱和磁通量密度的材料制成，或者如主磁极3400的形成一样，由铁合金制成。
还参照图3，波导管35和表面等离子体天线36被设置在MR元件33和电磁换能器34之间，并且构成一作为磁头部分221中的光学系统的近场光发生器。这里，波导管35被布置为与元件形成表面2202平行，并且从到达磁头部分后端表面2212的后端表面352延伸至作为磁头部分末端表面2210的一部分的末端表面350。另外，如下面参照图4详细说明的，凹槽54形成在波导管35的上表面(侧表面)中，所述上表面与表面等离子体天线36相对。而且，表面等离子体天线36的一部分嵌入在凹槽中，所述部分以预定距离与凹槽54的壁表面或底表面相对。表面等离子体天线36的所述部分通过一缓冲部分50与凹槽54的壁表面或底表面相对，所述缓冲部分具有的折射率低于波导管35的折射率。因此，在本实施方案中，缓冲部分50的一个末端也到达磁头部分末端表面2210。所述缓冲部分50用于将波导光——其穿过波导管35传播——以表面等离子体模式与表面等离子体天线36相耦合。这里，所述缓冲部分50可以是作为覆层38的一部分的绝缘层384的一部分，或者是绝缘层384之外设置的一个新层。后面将参照图4给出关于波导管35、表面等离子体天线36以及缓冲部分50的详细描述。
而且，与本实施方案相同，元件间屏蔽层39优选设置在MR元件33和电磁换能器34(波导管35)之间，被夹在绝缘层382和383之间。元件间屏蔽层39可由软磁材料制成，并且具有屏蔽MR元件33，使其免受电磁换能器34所产生的磁场的影响的作用。另外，一反接线圈部分可被设置在元件间屏蔽层39和波导管35之间，尽管附图中未示出该反接线圈部分。所述反接线圈部分是用于产生磁通量以抵消从电磁换能器34产生并穿过MR元件的上屏蔽层334和下屏蔽层330的磁通环(magnetic flux loop)的线圈部分。从而，所述反接线圈部分意在抑制随意相邻磁轨擦除(wide adjacent track erasure，WATE)，即抑制磁盘上非预期的写或擦除。
还根据图3，光源单元23包括：单元衬底230；激光二极管40，其被设置在单元衬底230的源安装表面2302上；端电极410，其电连接至下表面401，作为激光二极管40的电极；以及端电极411，其电连接至上表面403，作为激光二极管40的电极。所述端电极410和411电连接至设置在弯曲部分201(图1)上的接线构件203的连接垫。通过在激光二极管40的两个电极410和411之间施加预定电压，激光将从激光二极管40的发射表面400上的发射中心发射。这里，在图3所示的磁头的配置中，从激光二极管40产生的激光的电场分量的振荡优选具有垂直于活性层40e的堆叠表面的方向(Z轴方向)。即，激光二极管40优选产生具有TM极化的激光。这能够使波导光通过缓冲部分50以表面等离子体模式与表面等离子体天线36相耦合。
可使用例如InP基、GaAs基或GaN基二极管之类的光源作为激光二极管40，所述激光二极管通常用于通信、光盘存储或材料分析。辐射激光的波长λL例如可在大约375nm～1.7μm(微米)的范围内。具体地，例如，也可使用InGaAsP/InP四元混合晶体的激光二极管，在该激光二极管中可能的波长区域被设置为1.2～1.67μm。激光二极管40具有一包括上电极40a、活性层40e和下电极40i的多层结构。在激光二极管40的多层结构的前裂开表面和后裂开表面上，分别形成有例如由SiO2或Al2O3等制成的反射层，用于通过全反射激励振荡。另外，反射层42在包含有光发射中心4000的活性层40e的位置中具有一开口。这里，激光二极管40例如具有大约60～200μm的厚度TLA。
而且，可使用设置在磁盘装置中的电源来驱动激光二极管40。事实上，磁盘装置通常具有施加电压例如为大约2V的电源，所述施加电压足以进行激光振荡。激光二极管40的耗电量例如是大约数十毫瓦(mW)，该耗电量完全可通过设置在磁盘装置内的电源来满足。实际中，通过使用电源将预定电压施加在电连接至下电极40i的端电极410和电连接至上电极40a的端电极411之间，以使激光二极管40发生振荡。然后，激光从包含反射层42的发射中心4000的开口中辐射出。
激光二极管40以及端电极410和411不限于上述实施方案。而且，替代性地，热辅助磁记录头21可以不包含激光二极管40；因此，例如可通过使用光纤，将设置在磁盘装置中的激光二极管的光发射中心和波导管35的后端表面352相连。
通过将上述滑块22和光源单元23相接合，构成热辅助磁记录头21。在该接合中，使得单元衬底230的接合表面2300具有与滑块衬底220的背面2201相接触的表面。接下来，确定所述单元衬底230和滑块衬底220的位置，使得从激光二极管40产生的激光可通过与波导管35的ABS 2200相对的后端表面352直接进入波导管35。
滑块22和光源单元23各自可具有任意尺寸。例如，滑块22可以是所谓的飞米滑块(femto slider)，在这种飞米滑块中沿磁轨宽度方向(Y轴方向)的宽度为700μm；长度(沿Z轴方向)是850μm；以及厚度(沿X轴方向)是230μm。在这种情况下，光源单元23可以具有小于滑块22的一尺寸，例如，其中沿磁轨宽度方向的宽度是425μm；长度是300μm；以及厚度是300μm。
图4示出了一立体图，该立体图示意性图示了波导管35、表面等离子体天线36和主磁极层340的配置。在该图中，磁头部分末端表面2210被定位在左侧，末端表面2210包括以下多个位置：在所述位置处，朝向磁记录介质发射出写场和近场光。
参照图4，所述配置包括：波导管35，其用于传播用来产生近场光的激光53；以及表面等离子体天线36，其具有一传播边缘360，该传播边缘作为由激光(波导光)53所激发的表面等离子体在其上传播的边缘。所述表面等离子体天线36还具有到达磁头部分末端表面2210的近场光发生末端表面36a。而且，凹槽54设置在波导管35的侧表面354的一部分中，即，侧表面3540和3541中。在本实施方案中，凹槽54和波导管35的侧表面354延伸至近场光发生末端表面36a的附近。以及在本实施方案中，凹槽54是一种具有V形截面(在YZ平面上)的刻槽部分。这里，波导管35的侧表面表示，在围绕波导管35的末端表面中，除磁头部分末端表面2210侧上的末端表面350和相反侧面上的后端表面352之外的末端表面，这些末端表面350和352垂直于激光53的传播方向(X方向)。所述侧表面用作如下表面：在所述表面上，所传播的波导光53可以在相应于核心的波导管35中全反射。在本实施方案中，其中形成有凹槽54的侧表面354是波导管35的上表面。
而且，表面等离子体天线36的包括传播边缘360的一部分嵌入在凹槽54中，所述部分以预定距离与凹槽54的壁表面54a和54b相对。所述传播边缘360通过一缓冲部分50与凹槽54的壁表面54a和54b相对，所述缓冲部分具有的折射率低于波导管35的折射率。即，传播边缘360被覆盖以缓冲部分50，并且在本实施方案中，传播边缘360和缓冲部分50的两个末端都到达磁头部分末端表面2210。所述缓冲部分50用于将波导光53以表面等离子体模式与表面等离子体天线36(传播边缘360)相耦合。所述传播边缘360起到将由波导光53所激发的表面等离子体传播到近场光发生末端表面36a的作用。替代性地，传播边缘360可被定位在凹槽54附近并且直接位于凹槽54上方，所述部分以预定距离与凹槽54的壁表面54a和54b相对。这里，“直接位于凹槽54上方”是指：朝向与其中形成有凹槽54的侧表面354相垂直的方向，并且远离凹槽54。而且，缓冲部分50可以是覆层38(图2)的一部分或者覆层38之外所设置的新层。
另外，表面等离子体天线36的近场光发生末端表面36a接近于主磁极3400的末端表面3400e，该末端表面3400e到达磁头部分末端表面2210。而且，传播边缘360延伸至近场光发生末端表面36a，该边缘360通过缓冲部分50以预定距离与波导管35中的凹槽54的壁表面54a和54b相对。另外，传播边缘360在末端表面36a侧(末端表面2210侧)上的倾斜部分3600具有线形或弯曲形的延伸，从而更接近于与朝向近场光发生末端表面36a的表面等离子体天线36的传播边缘360相对的一侧上的末端表面361。所述传播边缘360可被制成圆角的以防止表面等离子体越出边缘360。圆角边缘的曲率半径例如可以在5～500nm的范围内。
而且，在本实施方案中，表面等离子体天线36在靠近磁头部分的末端表面2210的高度方向(Z轴方向)上，朝近场光发生末端表面36a逐渐变小。表面等离子体天线36在沿YZ平面截取时具有三角形形状的截面，并且特别地，在磁头部分末端表面2210附近具有预定的三角形形状。从而，在本实施方案中，近场光发生末端表面36a具有如下三角形形状(图5a)，在该三角形形状中一个顶点是传播边缘360的到达末端表面36a的末端。这里，在传播边缘360上传播的表面等离子体到达近场光发生末端表面36a，然后使得从该末端表面36a中产生近场光。
波导管35和缓冲部分50被设置在-Z方向一侧，即，相对于表面等离子体天线36而言位于与主磁极3400相对的一侧。从而，传播边缘360——其被覆盖以缓冲部分50——也被定位在与主磁极3400相对的一侧，位于表面等离子体天线36中。采用这种配置，即使在用于产生主磁极3400中的写场的末端表面3400e和用于发射近场光的近场光发生末端表面36a之间的距离十分小——优选地100nm或更小——的时候，波导管35仍可与主磁极3400和主极体3401充分相分离。从而，可避免波导光53的一部分被吸入由金属制成的主磁极3400或主极体3401以及要转化为近场光的光量的减少。
还如图4中所示，波导管35可具有长方体形状，或者可具有磁头部分末端表面2210一侧的部分，所述部分沿磁轨宽度方向(Y轴方向)具有较窄宽度。在波导管35的与磁头部分末端表面2210相对的末端表面一侧的部分沿磁轨宽度方向(Y轴方向)的宽度WWG1例如可以在大约0.5～200μm(微米)的范围内。波导管35的在末端表面350一侧的部分沿磁轨宽度方向(Y轴方向)的宽度WWG2例如可以在大约0.3～100μm的范围内。以及在后端表面352一侧的部分的厚度TWG(沿Z轴方向)例如可以在大约0.1～4μm的范围内，高度(长度)HWG(沿X轴方向)例如可以在大约10～300μm的范围内。
而且，除了与缓冲部分50具有表面接触的凹槽54部分外，波导管35的侧表面：上表面354；下表面353；以及沿磁轨宽度方向(Y轴方向)的两个侧表面351都接触到覆层38(图2)。这里，波导管35由具有高于覆层38的构成材料的折射率nOC的折射率nWG的材料制成，例如通过使用溅射法制造。例如，在激光的波长λL是600nm、并且覆层38由SiO2(n＝1.5)制成的情况下，波导管35例如可由Al2O3(n＝1.63)制成。另外，在覆层38由Al2O3(n＝1.63)制成的情况下，波导管35例如可由SiOXNY(n＝1.7～1.85)、Ta2O5(n＝2.16)、Nb2O5(n＝2.33)、TiO(n＝2.3～2.55)或者TiO2(n＝2.3～2.55)制成。由于所述构成材料的卓越的光学特性，波导管35的该材料结构能够使得波导光53的传播损耗被降低。另外，由于存在作为包层的覆层38，波导管35可在所有侧表面提供全反射。从而，更多量的波导光53可达到缓冲部分50的位置，这提高了波导管35的传播效率。
而且，替代性地，波导管35可具有电介质材料构成的多层结构，在该结构中，某一个层在该多层结构中的位置越靠上，该层的折射率n变得越高。例如，该多层结构可通过顺序堆叠组分比X和Y适当改变的电介质材料SiOXNY而实现。所述堆叠层的数目例如可以在8～12的范围内。在激光53具有沿Z轴方向的线性极化的情况下，上述结构能够使激光53在更接近于缓冲部分50(凹槽54)的位置中传播。在这种情况下，通过选择每层中的组分和层厚度、以及多层结构的层数，激光53可在Z轴方向的预期位置中传播。
例如，表面等离子体天线36优选地由导电材料制成，该导电材料诸如是Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Au、Ag、Cu或Al等的金属，或者由这些元素中的至少两种所构成的合金。另外，表面等离子体天线36沿磁轨宽度方向(Y轴方向)可具有充分小于激光53的波长的宽度WNF，该宽度例如大约为10～100nm。表面等离子体天线36可具有充分小于激光53的波长的厚度TNF1(沿Z轴方向)，该厚度例如大约为10～100nm。此外，长度(高度)HNF(沿X轴方向)可被设置为例如在大约0.8～6.0μm的范围内。
缓冲部分50由具有低于波导管35的折射率nWG的折射率nBF的电介质材料制成。例如，当激光的波长λL是600nm并且波导管35由Al2O3(n＝1.63)制成时，缓冲部分50可由SiO2(n＝1.46)制成。另外，当波导管35由Ta2O5(n＝2.16)制成时，缓冲部分50可由SiO2(n＝1.46)或Al2O3(n＝1.63)制成。在这些情况下，缓冲部分50可以是用作包层的由SiO2(n＝1.46)或Al2O3(n＝1.63)制成的覆层38(图2)的一部分。
另外，缓冲部分50的一部分——该部分被夹在波导管35侧表面3541和传播边缘3601之间——的长度LBF2(沿X轴方向)优选地在0.5～5μm的范围内。而且，整个缓冲部分50——即，波导管35和表面等离子体天线36通过其以表面等离子体模式相互耦合的部分——的长度(LBF1+LBF2)优选地大于激光53的波长λL。在该优选情况下，所述耦合部分具有显著大于所谓的“焦点区域”的面积，例如在激光被会聚在缓冲部分50和表面等离子体天线36上并且以表面等离子体模式耦合时。从而，可实现表面等离子体模式中的非常稳定的耦合。缓冲部分50的一部分在与波导管35的壁表面54a或54b垂直的方向上的厚度TBF可被设置为例如在10～250nm的范围内。长度LBF1、LBF2和厚度TBF都是用于获得表面等离子体的合适的激发和传播的重要参数。
还如图4中所示，导热层51优选设置在表面等离子体天线36和第一主极部分3400a之间的磁头部分末端表面2210一侧。例如，导热层51由AlN、SiC或DLC等的绝缘材料制成，所述绝缘材料具有与覆层38(图2)的导热性相比更高的导热性。这种导热层51的布置允许表面等离子体天线36放射出近场光时所产生的热量的一部分，通过该导热层51逃逸至主磁极3400和第一主极部分3400a。即，主磁极3400和第一主极部分3400a可被用作汇热点(heatsink)。从而，可抑制表面等离子体36温度的过度增加，并且可避免近场光发生末端表面36a的不期望的突出以及表面等离子体天线36的光利用率的严重降低。
导热层51的厚度TTC相等于在近场光发生末端表面36a和主磁极3400的末端表面3400e之间的距离DN-P(图5a)，并且该厚度被设置为100nm或更少的小值。另外，导热层51的折射率nIN被设置为等于或者低于将表面等离子体天线36的传播边缘360覆盖的缓冲部分的折射率nBF。也就是说，表面等离子体天线36的传播边缘360被覆盖以具有折射率nBF的材料，该折射率nBF等于或者高于将与表面等离子体天线36的边缘360相对的末端表面361覆盖的材料的折射率nIN。这允许表面等离子体在传播边缘360上稳定传播。已知在实践中优选的是，满足折射率nBF≥折射率nIN×1.5的关系。
还根据图4，如上所述，主磁极层340包括主磁极3400和主极体3401。主磁极3400包括：第一主极部分3400a，其具有到达磁头部分末端表面2210的末端表面3400e；以及第二主极部分3400b，所述部分3400b上的在磁头部分末端表面2210一侧的末端部分重叠在第一主极部分3400a上的与末端表面2210相对的一侧的部分上。另外，主极体3401上的在磁头部分末端表面2210一侧上的末端部分，重叠在第二主极部分3400b上的与末端表面2210相对的一侧的部分上。即，主磁极层340上的在磁头部分末端表面2210一侧的末端部分，具有相对于元件形成表面2202(图3)朝向表面等离子体天线36上的在磁头部分末端表面2210一侧的末端部分倾斜延伸的形状。从而，在主磁极层340充分远离波导管35而分立的情况下，可使得主磁极层340的末端表面3400e充分接近于近场光发生末端表面36a。
图5a示出了一立体图，该立体图图示了波导管35末端表面、表面等离子体天线36和磁头部分末端表面2210上的电磁换能器34的形状。该立体图的正面是磁头部分末端表面2210。图5b和5c示出了沿图5a中示出的平面B所取的截面图，所述截面图示意性图示了波导管35和表面等离子体天线36的配置。
如图5a中所示，电磁换能器34的主磁极3400(第一主极部分3400a)和写屏蔽层345(后缘屏蔽体3450)到达磁头部分末端表面2210。在磁头部分末端表面2210上的主磁极3400的末端表面3400e的形状例如是，矩形、方形或不规则四边形。这里，上述宽度WP是在主磁极3400的末端表面3400e的前缘侧上的边缘的长度，并且在磁场主导的记录的情况下，该上述宽度提供了在磁盘的磁记录层上形成的磁轨的宽度。该宽度WP例如可以在大约0.05～0.5μm的范围内。
另外，在磁头部分末端表面2210上，表面等离子体天线36的近场光发生末端表面36a被定位为接近于主磁极3400的末端表面3400e，并且位于末端表面3400e的前缘侧(-Z方向侧)中。这里，在近场光发生末端表面36a和末端表面3400e之间的距离DN-P被设置为充分小的值，例如100nm或更少。在本发明的热辅助磁记录中，近场光发生末端表面36a用作主加热动作部分，末端表面3400e用作写动作部分。因而，通过以上述方式设置距离DN-P，可将具有充分大的梯度的写场施加至磁盘的记录层的一部分，该部分已被充分加热。这能够确保实现稳定的热辅助写操作。
另外，在本实施方案中，近场光发生末端表面36a在磁头部分末端表面2210上具有等腰三角形形状，该等腰三角形具有在后缘侧(+Z侧)上的底边361a、以及在前缘侧(-Z侧)上的顶点，该顶点是传播边缘360的末端360a。近场光发生末端表面36a的高度TNF2(磁头部分末端表面2210上的表面等离子体天线36的厚度)优选地是30nm或更少，更优选地是20nm或更少。从而，该末端表面36a上的近场光发射位置可变得接近于后缘侧上的边缘361a，即，更接近于主磁极3400的末端表面3400e。
另外，波导管35和主磁极3400之间的距离DW-P被制造得足够大，而距离DN-P被设置为如上所述的小值。也就是说，采用图4和图5a中所示的本发明的结构，波导管35可与主磁极3400和主极体3401充分远离而分立。从而，可避免激光的一部分被吸入由金属制成的主磁极3400或主极体3401以及要转化为近场光的光量的减少。
还参照图5a，在本实施方案中，波导管35的末端表面350——其在末端表面36a的前缘侧(-Z侧)——具有相应于凹槽54的V形的刻槽部分540。近场光发生末端表面36a以如下一种方式安装在刻槽部分540中，在该方式中末端表面36a和刻槽部分540将缓冲部分50的末端表面50a夹在其二者之间，并且顶点360a在末端表面36a的最前部。在波导管35的侧表面354中形成的凹槽54延伸至近场光发生末端表面36a的附近，同时表面等离子体天线36的传播边缘360嵌入在凹槽54中。
此外，在图5b所示的实施方案中，凹槽54被定位在侧表面354的磁轨宽度方向(Y轴方向)上的中央，该侧表面354为波导管35的上表面，并且凹槽54的截面具有如下一V形，在该V形中，凹槽被刻为朝向波导管35内传播的波导光的强度中心530。这里，强度中心530是在波导管中形成凹槽54之前的强度分布的中心。在表面等离子体天线36的多个部分中的传播边缘360位于最接近于凹槽54中的强度中心530的位置。也就是说，传播边缘360位于如下位置：在该位置中，该边缘360可以以表面等离子体模式与最大量的波导光相耦合。替代性地，如图5c中所示，传播边缘360可被定位为靠近凹槽54′且直接位于凹槽54′的上方，该边缘360以预定距离与凹槽54′的壁表面54a′和54b′相对。这里，“直接位于凹槽54′的上方”是指：朝向与其中形成有凹槽54′的侧表面354垂直的方向，并且远离凹槽54′。
如上所述，通过将表面等离子体天线36的包括传播边缘360的部分嵌入到凹槽54中，或者将所述部分直接位于在凹槽54′上方，可将传播穿过波导管35的波导光53(图4)尽可能多地以表面等离子体模式与表面等离子体天线36(传播边缘360)相耦合，从而提高近场光发生器的光利用率。如稍后使用实际实例所解释的，位于凹槽54的侧表面354以下的深度DGR(图5b和5c)优选地在10～340nm的范围内。另外，在传播边缘360和凹槽54或54′的底部之间的距离DEG(图5b和5c)可被设置为例如在10～250nm的范围内。这些设置能够使得包括波导管35、缓冲部分50和表面等离子体天线36的近场光发生器达到10％(百分比)或更大的高光利用率。另外，凹槽54或54′以及传播边缘360延伸至磁头部分末端表面2210，同时传播边缘360嵌入在凹槽54中或者直接位于凹槽54′的上方。在该配置中，表面等离子体——其传播穿过传播边缘360并达到末端表面36a——可在边缘部分3601和3600以及在它们的边界上传播而不显著改变其波数KSP，这将使传播损耗更少。
图6a～6d示出了多个示意图，用于解释本发明的利用表面等离子体模式的热辅助磁记录。图6a示出了沿含有凹槽54的中心线的ZX平面所取的近场光发生器和主磁极的截面图。图6b～6d是沿YZ平面所取的近场光发生器的截面图。
参照图6a，当电磁换能器34将数据写到磁盘10的记录层上时，首先，从光源单元23的激光二极管40中发出的激光53传播穿过波导管35。接下来，波导光53——其已前进至靠近缓冲部分50——与包括折射率为nWG的波导管35、折射率为nBF的缓冲部分50以及由诸如金属等导电材料制成的表面等离子体天线36的光学结构相耦合，并诱发在表面等离子体天线36的传播边缘360上的表面等离子体模式。也就是说，波导光以表面等离子体模式与表面等离子体天线36相耦合。将缓冲部分50的折射率nBF设置为小于波导管35的折射率nWG(nBF＜nWG)，能够使得这种表面等离子体模式被诱发。实际上，基于在缓冲部分50和作为核心的波导管35之间的光学边界条件，在缓冲部分50内激发了瞬逝光。然后，该瞬逝光与在表面等离子体天线36的金属表面(传播边缘360)上激发的电荷波动相耦合，并诱发表面等离子体模式，从而激发表面等离子体。准确地说，由于作为元激发的表面等离子体与电磁波相耦合，在该系统中激发的是表面等离极化激元(surface plasmon polariton)。然而，为了简便，表面等离极化激元在下文中将被简称为表面等离子体。
在下文中，将参照图6b～6d解释由本发明在波导管35中设置凹槽54所造成的对表面等离子体激发的影响。根据图6b，在波导管35′中不存在凹槽的情况下，传播穿过波导管35′的波导光的分布范围64必须被定位，以便该波导光越出波导管35′。这里，分布范围64例如是以下范围，在该范围中光强度被降低至波导管35′内的光强度分布中的最大强度的e-2(e：自然对数的底)(以此为标准)。并且表面等离子体天线36′被设置为传播边缘360′位于分布范围64内。这能够有效激活传播边缘360′上的表面等离子体。然而，在波导管35′的折射率被设置得相当高的光学条件下，波导光的分布范围变得更小，从而所述范围会落入波导管35′内部，如图6C中所示的分布范围65。在这种情况下，难以在传播边缘360′上激发出足够大量的表面等离子体。
相反，在如图6d中所示的在波导管35内设置有凹槽554的本发明的情况中，传播边缘360可被嵌入到凹槽54中并且被定位为与凹槽54的壁表面54a和54b相对。在该情况下，相比于图6b和6c中所示的传播边缘360′，传播边缘360被更多的波导管35构成材料所围绕。也就是说，传播边缘360位于如下位置：在该位置处所述边缘360更接近于波导光的强度中心，并且更多量的波导光可以以表面等离子体模式与该边缘360耦合。特别地，传播边缘360可与存在于位于波导管35下侧的传播区域66中的波导光的一部分相耦合。在该情况中，即使波导光的分布范围与图6d中所示的分布范围66一样落入波导管35内，也可在传播边缘360上激发充分大量的表面等离子体。从而，可提高近场光发生器的光利用率。另外，传播边缘360正是电场将趋于于该处会聚从而可轻易激发出表面等离子体的边缘。然而，如下面所述的，表面等离子体天线可替代性地具有一表面等离子体在其上被激发且传播的传播表面。而且，在传播边缘360未被嵌入凹槽54中、而是被布置在凹槽54的附近且直接位于凹槽54的上方的情况下，传播边缘360可位于如下位置：在该位置中所述边缘360更接近波导光的强度中心并且更多量的波导光可以以表面等离子体模式与边缘360相耦合。
返回图6a，在上述诱发的表面等离子体模式中，表面等离子体60在等离子体天线36的传播边缘360上被激发，并且沿着箭头61所示的方向在边缘360上传播。在传播边缘360被覆盖以其折射率nBF等于或者高于折射率nIN的缓冲部分50的条件下，所述表面等离子体60的传播会发生，所述折射率nIN是在与该边缘360相对的一侧上覆盖表面等离子体天线36的末端表面361的材料的折射率。已知在实践中优选的是，满足折射率nBF＝折射率nIN×1.5的关系。
借助于表面等离子体60的上述传播，表面等离子体60，即，电场会聚于近场光发生末端表面36a，该近场光发生末端表面36a到达磁头部分末端表面2210，并且包括作为传播边缘360的终点的顶点36a。从而，从近场光发生末端表面36a中发射出近场光62。近场光62朝向磁盘10的磁记录层辐射，并且到达磁盘10的表面以将磁盘10的磁记录表面的一部分加热。这种加热将所述部分的各向异性磁场(矫顽力)降低至一个使能够进行写操作的值。紧接着所述加热，将从主磁极3400中产生的写场63施加至该部分以进行写操作。从而，可实现热辅助磁记录。
在磁记录中，通过调整磁头部分末端表面2210上的近场光发生末端表面36a的形状和尺寸，末端表面36a上的近场光62的发射位置可被设置为更接近于后缘侧面(在边缘361a侧)上的第一主极部分3400a。在这种情况下，可将具有足够大的梯度的写场施加至磁盘10的磁记录层的已被充分加热的部分。这能够确保实现稳定的热辅助写操作。
而且，在常规情况下，即，在设置于磁头末端表面上的等离子体天线被传播穿过波导管的激光直接照射的情况下，大部分照射激光已被转化为等离子体天线内的热能。在这种情况下，等离子体天线的尺寸已被设置为小于激光的波长，并且其体积非常小。从而，由于热能，等离子体天线具有非常高的温度，例如500℃(摄氏度)。相反，在本发明的热辅助磁记录中，使用了表面等离子体模式，并且通过将表面等离子体60朝向磁头部分末端表面2210传播而产生近场光62。这使得近场光的发射过程中，近场光发生末端表面36a的温度到达例如大约100℃，相比于传统技术而言该温度已被大幅降低。这种温度的降低因而使得近场光发生末端表面36a朝向磁盘10的突出被抑制；从而可实现良好的热辅助磁记录。
此外，整个缓冲部分50——即，波导管35和表面等离子体天线36通过其以表面等离子体模式相互耦合的部分——的长度(LBF1+LBF2)优选地大于激光53的波长λL。在该优选情况下，所述耦合部分具有显著大于所谓“焦点区域”的面积，例如在激光被汇聚在缓冲部分50和表面等离子体天线36上并且以表面等离子体模式耦合时。从而，在本发明中可实现与含有这种“焦点区域”的系统完全不同的配置；从而，可实现非常稳定的表面等离子体模式的耦合。所述关于表面等离子体模式的诱发例如被公开在，由Michael Hochberg、TomBaehr-Jones、Chris Walker以及Axel Scherer在2004年的“OPTICSEXPRESS”第12卷、第22期、第5481-5486页上发表的“IntegratedPlasmon and dielectric waveguides(集成等离子体和电介质波导)”；美国专利公开文本No.2005/0249451 A1；以及美国专利No.7,330,404B2中。
图7a～7f示出了多个示意图，所述示意图图示了本发明的关于近场光发生器(波导管、缓冲部分和表面等离子体天线)和主磁极的形状和布置的多个实施方案。这里，图7e2是沿图7e1中所示的平面C所取的近场光发生器的截面图。
参照图7a，主磁极70是平行于元件形成表面2202延伸的一个层。表面等离子体天线71在磁头部分末端表面2210侧上的一部分相对于元件形成表面2202倾斜，从而与朝向磁头部分末端表面2210的磁头部分末端表面2210侧上的主磁极70的末端更接近。另外，形成在波导管72的侧面中的凹槽720和通过缓冲部分73而嵌入该凹槽720的表面等离子体天线71的传播边缘710都延伸至磁头部分末端表面2210。也就是说，在侧表面724的末端表面71a侧上的部分以预定距离与表面等离子体天线71的传播边缘710相对。在该实施方案中，可在传播边缘710上激发充分大量的表面等离子体。此外，波导管72和主磁极70之间的沿Z轴方向的距离DW-P′可被设置为一个充分大的数值，而在磁头部分末端表面2210上，表面等离子体天线71的近场光发生末端表面71a被定位在主磁极70的末端表面70e附近。从而，可更加可靠地避免激光的一部分被吸入主磁极以及要转化为近场光的光量的降低。由此，可提高近场光发生器的光利用率。
在图7b所示的实施方案中，从滑块衬底220侧开始，朝向+Z方向顺序堆叠主磁极74、表面等离子体天线75、缓冲部分76以及波导管77。用于使等离子体在其上传播的传播边缘750，被定位在与主磁极74相对的一侧上，位于表面等离子体天线75中，并且通过缓冲部分76嵌入到设置在波导管77侧表面中的凹槽770中。而且，传播边缘750和凹槽770都延伸至磁头部分末端表面2210。由此，在磁头部分末端表面2210上，近场光发生末端75a位于主磁极74的末端表面74e的后缘侧(+Z侧)。还在此实施方案中，可在传播边缘750上激发充分大量的表面等离子体。从而，可提高近场光发生器的光利用率。而且，近场光发生末端75a可被定位为充分接近于主磁极74的末端表面74e，并且可将具有充分大的梯度的写场施加至磁盘的磁记录层的被充分加热的部分。
根据图7C，在本实施方案中，波导管78和形成在波导管78的侧表面的凹槽780不到达磁头部分末端表面2210。在近场光发生器36的传播边缘360中，仅一部分3601通过缓冲部分79嵌入到凹槽780中。即使在这种配置下，在边缘360的部分3601上被激发的表面等离子体通过穿过边缘360的倾斜部分3600而到达近场光发生末端表面36a。从而，可产生用于热辅助的近场光。替代性地，其中传播边缘360的所述部分3601的仅一部分通过缓冲部分79嵌入到凹槽780的实施方案可以是可行。
在图7d所示的实施方案中，波导管35、设置在波导管的侧表面354的凹槽54、缓冲部分50、表面等离子体天线36以及主磁极层340的配置与图3和图4中所示的相同。然而，写屏蔽层81——其是用于接收从磁盘中返回的磁通量的旁轭(return yoke)——被设置在相对于波导管35和表面等离子体天线36而言与主磁极层340相对的一侧，即在波导管35和表面等离子体天线36的前缘侧(-Z侧)。写屏蔽层81和主磁极层340通过后接触部分80相互磁性连接。另外，写线圈层343′被形成为在主磁极层340和写屏蔽层81之间至少穿过一匝，并且具有以后接触部分80为中心的螺旋结构。同样，在该实施方案中，可通过使用本发明的表面等离子体进行良好的热辅助磁记录。
在图7e1所示的实施方案中，表面等离子体天线84包括：产生近场光的近场光发生末端表面84a；以及传播表面840，用于传播由穿过波导管82的波导光所激发的表面等离子体。传播表面840可以是平面或曲面。凹槽820形成在侧表面824，所述侧表面824是波导管82的上表面，并且表面等离子体天线84的含有传播表面840的一部分嵌入在凹槽820中。另外，传播表面840和凹槽820都延伸至磁头部分末端表面2210。如图7e2中所示，凹槽820的截面具有一如下形状，该形状与传播表面840附近的表面等离子体天线84的截面形状相配合。所述凹槽820具有壁表面820a和820b、以及底表面820c。如此前所述，本发明的凹槽的截面可具有矩形形状、梯形形状、U形等等。另外，表面等离子体天线84的传播表面840通过缓冲部分83与底表面820c相对，所述缓冲部分83的折射率nBF低于波导管82的nWG。由此，传播穿过波导管82的光可以以表面等离子体模式与表面等离子体天线84相耦合。从而，在传播表面840上产生的表面等离子体传播穿过表面840并且到达近场光产生末端表面84a。这里，通过缓冲部分83与壁表面820a和820b相对的侧表面841和842的各个部分可以是能够在该处激发并传播表面等离子体的部分，所述侧表面841和842不同于表面等离子体天线84的传播表面840。如上所述，同样，在本实施方案中，可通过使用本发明的表面等离子体执行良好的热辅助磁记录。
在图7f所示的实施方案中，在波导管86的侧表面形成凹槽860，并且含有传播边缘880的整个表面等离子体天线88通过缓冲部分87被嵌入到凹槽860中。同样，在本实施方案中，可通过使用本发明的表面等离子体执行良好的热辅助磁记录。替代性地，如下这些配置也位于本发明的范围内，在所述配置中表面等离子体天线71、75、36、36和88包括分别被嵌入到设置在波导管72、77、35、78和86的侧表面中的凹槽中的传播表面，而非传播边缘710、750、360、360和880。
图8示出了一框图，该框图示出了在图1中所示的磁盘装置的记录/再现和光发射控制电路13的电路结构。
在图8中，参考数字90表示控制LSI；91表示用于从控制LSI 90接收记录数据的写门电路；92表示写电路；93表示一ROM，该ROM存储用于控制施加至激光二极管40的驱动电流的值的控制表等等；95表示用于将探测电流供给至MR元件33的恒流电路；96表示用于将来自MR元件33的输出电压放大的放大器；97表示用于将再现的数据输出至控制LSI 90的解调器电路；98表示温度检测器；以及99表示用于控制激光二极管40的控制电路。
从控制LSI 90输出的记录数据被供给至写门电路91。仅当从控制LSI 90输出的记录控制信号指示一写操作时，所述写门电路91才将记录数据供给至写电路92。写电路92根据该记录数据将写电流施加至写线圈层343，然后通过从主磁极3400产生的写场，执行到磁盘上的写操作。
仅当从控制LSI 90输出的再现控制信号指示一写操作时，恒电流才从恒流电路95流入到MR多层332。MR元件33所再现的信号经放大器96放大，由解调器电路97解调，然后将所获得的再现数据输出至控制LSI 90。
激光控制电路99接收从控制LSI 90输出的激光开/关信号以及驱动电流控制信号。当激光开/关信号是开操作指令时，一振荡阈值或更大值的驱动电流流入到激光二极管40。由此，激光二极管40发出光，然后该激光传播穿过波导管35并以表面等离子体模式与表面等离子体天线36相耦合。由此，从表面等离子体天线36的末端产生近场光，所述近场光到达磁盘的磁记录层，并且加热该磁记录层。这种情形下的驱动电流的值被控制为相应于驱动电流控制信号的一个值。控制LSI90产生激光开/关信号——其定时根据记录/再现操作而调整；并基于ROM 93中的控制表，通过参照磁盘的磁记录层等中的温度值，来确定驱动电流控制信号的值，所述温度值由温度检测器98测量。所述控制表可包括关于驱动电流值和由于磁记录层中的热辅助操作而形成的温度增加量之间的关系的数据、和关于磁记录层的各向异性场(矫顽力)的温度独立性的数据，以及振荡阈值的温度相关性和光输出与驱动电流之间的关系特性。由此，通过独立于记录/再现控制信号系统提供激光开/关信号和驱动电流控制信号，不仅可以对激光二极管40应用电流——其简单地与记录操作相关联；而且还可实现更加多样化的电流应用模式。
显然地，记录/再现和光发射控制电路13的电路结构不限于图8中所示出的。还可通过使用除了记录控制信号和再现控制信号之外的信号来确定写操作和读操作。
在下文中，将描述多个实施例，在这些实施例中通过仿真来分析本发明的近场光发生器(包括带有凹槽的波导管、缓冲部分和表面等离子体)中近场光的产生，并且通过使用设置有近场光发生器的磁头对磁记录介质进行热辅助磁记录。
通过使用三维有限差分时域(FDTD)方法进行仿真分析的实验，所述FDTD方法是一种电磁场分析技术。所述仿真分析实验在如下系统上进行，所述系统是包括如下部分的区域：磁头部分221，所述磁头部分包括具有凹槽54的波导管35、缓冲部分50、表面等离子体天线36、主磁极3400以及覆层38；以及如图4以及图5a和5b中所示的覆盖磁头部分末端表面2210的空气层(具有折射率n＝1)。进入波导管35的激光是具有650nm的波长λL的高斯光束，其具有TM极化(其中激光的电场的振荡方向垂直于波导管35的层表面，即，沿着Z轴方向)。激光的强度IIN是655(V/m)2。
波导管35具有的宽度WWG2(图4和图5b)是0.8μm、厚度TWG(图4和图5b)是0.4μm，并且由Ta2O5制成(具有折射率n＝2.15)。表面等离子体36具有的宽度WNF(图4)是0.85μm、厚度TNF1是0.3μm，并且由Ag制成(其折射率的实部是0.134，虚部是4.135)。在表面等离子体天线36中，在近场光发生末端表面36a和表面等离子体天线36开始变细处的位置之间的距离DBF(图4)是0.7μm，并且整个长度HNF(图4)(沿X轴)是2.5μm。在近场光发生末端表面36a中的顶点360a的顶角θNF(图5a)是100°(度)，高度TNF2(图5)是20nm。另外，末端表面2210上，末端表面36a和主磁极3400的末端表面3400e之间的距离DN-P(图5a)是50nm。覆层38由Al2O3制成(折射率n＝1.65)，缓冲部分50是覆层38的一部分。也就是说，缓冲部分50的折射率nBF是1.65。
在波导管35中形成的凹槽54的深度DGR(图5b)在50～400nm的范围内变化。在形成凹槽54之后，通过将表面等离子体天线36的传播边缘360通过缓冲部分50嵌入到凹槽54中，或者将边缘360通过缓冲部分50直接定位到凹槽54上方来构造近场光发生器。在传播边缘360和凹槽54底部之间的距离DEG(图5b和5c)是50nm。主磁极3400的末端表面3400e(图5a)具有如下的梯形形状，该梯形形状在表面等离子体天线36侧上具有100nm的短边缘长度、在相对的一侧上具有195nm的长边缘长度，以及具有300nm的高度。主磁极3400由FeCo制成(其折射率的实部是2.87，虚部是3.63)。
(光利用率和凹槽54的深度DGR之间的关系)
在上述实验条件下，通过仿真确定在波导管35中形成的凹槽54的深度DGR(图5b)和近场光发生器的光利用率之间的关系。这里，近场光发生器的光利用率由IOUT/IIN(×100)给出，其中IIN是入射到波导管35的激光53的强度，IOUT是在将激光转化为表面等离子体天线36中的表面等离子体之后，从近场光发生末端表面36a中射出的近场光的强度。
表1示出了通过对光利用率和凹槽54的深度DGR(图5b)之间的关系进行仿真而得出的确定结果。此外，图9示出了一曲线图，该曲线图图示了表1中所示的在凹槽54的深度DGR和光利用率之间的关系。这里，表1和图9中的每一个都示出了波导管35深度DGR与厚度TWG(400nm)的比值DGR/TWG与光利用率之间的关系。
表.1
  凹槽54的深度DGR(nm)   10   50   150   230   280   340   400
  DGR/TWG   0.025   0.25   0.5   0.575   0.7   0.85   1
  光利用率(％)   10.1   11.7   14.0   15.4   13.9   9.9   6.2
参照表1和图9，在凹槽54的深度DGR是10nm或更大、以及340nm或更小的情况下，获得10％或更高的光利用率，所述光利用率的大小在磁头的制造领域中是实现良好的热辅助磁记录所需要的。这对应于波导管35的深度DGR与厚度TWG(400nm)的比值DGR/TWG是0.025或更大、以及0.85或更小的情况。凹槽54的深度DGR的设置为10nm或更大的充分大值，使得传播边缘360更深地进入波导管35，从而以表面等离子体模式与更多量的波导光相耦合。但是，凹槽54的深度DGR设置为340nm或更小的小值时，使因凹槽54的存在而导致的波导管35的传播损耗的增加落在可允许范围内，所述可允许范围为其中可确保10％或更大的高比率的光利用率的范围。相应地，从实施例中理解的是：凹槽54的深度DGR优选是10nm或更大、以及340nm或更小，深度DGR与厚度TWG的比值DGR/TWG优选是2.5％或更大、以及85％或更小。
(使用位-图案化介质的热辅助磁记录)
在下文中，将描述一实施例，在该实施例中，借助于使用设置有上述实施例中所用的近场光发生器的热辅助磁记录头，通过仿真对于位-图案化介质进行热辅助磁记录。
图10a和10b分别示出了一截面图和一俯视图，所述附图示意性示出了在实施例中使用的位-图案化介质的结构。
如图10a和10b中所示，在实施例中使用的位-图案化介质100包括：用于构成记录位的多个点1001，其形成在玻璃衬底1000上；以及保护薄膜1002，其形成在玻璃衬底1000上从而覆盖所述点1001。每个点1001由(Co(0.3nm)/Pd(0.7nm))×20层的复层来形成。保护薄膜1002由C(碳)制成。位-图案化介质100的磁各向异性能量KU在室温下为1.0×106J/m3(1.0×107erg/m3)，并且饱和磁通量密度在室温下大约为500emu/cc。所述位-图案化介质100的矫顽力HC在50℃时为20kOe(奥斯特)、在150℃时为14kOe、在300℃时为7kOe、以及在大约400℃(＝TC)时为0kOe。另外，在图10b中，点1001的尺寸(直径)是大约20nm，在相邻点1001之间的间距(距离)是大约30nm。
接下来，借助于使用上述热辅助磁记录头，通过仿真对上述位-图案化介质100进行热辅助磁记录。结果是，所述位-图案化介质100的有待被写的部分的温度增加大约300℃。根据所述结果，已确认可在具有20nm点尺寸的位-图案化介质上实现热辅助磁记录。
如上所述，可理解的是，本发明提供了一种近场光发生器，在这种近场光发生器中，尽可能多数量的波导光可以表面等离子体模式与表面等离子体天线相耦合，从而提高了光利用率。此外，应理解的是，本发明提供了一种能够良好地加热磁记录介质上的写位置的热辅助磁记录头。相应地，本发明可实现良好的热辅助磁记录，并且有利于实现更高的记录密度，例如超过1 Tbits/in2。
所有上述实施方案都仅是作为本发明的实施例，并不意在构成限制，并且可构造许多关于本发明的广泛不同的替代和修改，而不偏离本发明的主旨和范围。特别地，根据本发明的利用表面等离子体模式的近场光发生器可被应用至具有大量微小光路的光学设备例如超高速光调制设备。相应地，本发明仅被在所附权利要求及其等价物中所限定的所限制。

Claims (17)

1.一种近场光发生器，包括
用于激发表面等离子体的光传播穿过其中的波导管；以及
等离子体天线，其包括：用于发出近场光的近场光发生末端；以及传播表面或传播边缘，其用于使由所述光所激发的表面等离子体在其上传播，所述传播表面或所述传播边缘延伸至所述近场光发生末端；
在所述波导管的侧表面中形成的凹槽，并且所述传播表面或所述传播边缘的至少一部分嵌入到所述凹槽中或者直接位于所述凹槽上方，所述至少一部分以预定距离与所述凹槽的壁表面或底表面相对，从而用于使传播穿过所述波导管的光以表面等离子体模式与所述等离子体天线相耦合。
2.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述等离子体天线的所述传播表面或所述传播边缘的所述至少一部分通过如下的缓冲部分与所述凹槽的壁表面或底表面相对，所述缓冲部分具有的折射率低于所述波导管的折射率。
3.根据权利要求2所述的近场光发生器，其中所述缓冲部分具有的折射率等于或者高于覆盖所述等离子体天线的末端表面的材料的折射率，所述末端表面与所述传播表面或所述传播边缘相对。
4.根据权利要求2所述的近场光发生器，其中所述缓冲部分是被形成为覆盖所述波导管的覆层的一部分。
5.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述等离子体天线的所述传播表面或所述传播边缘的所述至少一部分被定位在所述凹槽中的最深处。
6.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述等离子体天线包括所述传播边缘，所述凹槽是具有V型截面的刻槽部分。
7.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述凹槽被形成为延伸至所述近场光发生末端的附近，并且整个所述传播表面或所述传播边缘被嵌入所述凹槽或者直接位于所述凹槽上方，整个所述传播表面或所述传播边缘以预定距离与所述凹槽的壁表面或底表面相对。
8.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述凹槽在所述波导管的侧表面下方的深度是10纳米或更多、以及340纳米或更少。
9.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述凹槽在所述波导管的侧表面下方的深度是所述波导管的厚度的2.5％或更多、以及所述厚度的85％或更少。
10.根据权利要求1所述的近场光发生器，其中所述等离子体天线由从Pd、Pt、Rh、Ir、Ru、Au、Ag、Cu或Al组成的组中选择的一种元素制成，或者由该组中的至少两种所构成的合金而制成。
11.一种热辅助磁记录头，包括：磁极，其用于从其末端表面产生写场，所述末端表面部分地构成该热辅助磁记录头的一个与介质相对的表面；以及如权利要求1～10中任一权利要求所述的近场光发生器。
12.根据权利要求11所述的热辅助磁记录头，其中所述波导管被设置在相对于所述等离子体天线而言与所述磁极相对的一侧。
13.根据权利要求12所述的热辅助磁记录头，其中所述等离子体天线的邻近所述的与介质相对的表面的一部分是倾斜的，从而与所述磁极的朝向且邻近所述的与介质相对的表面的末端更接近。
14.根据权利要求12所述的热辅助磁记录头，其中，所述磁极的邻近所述的与介质相对的表面的一部分是倾斜的，从而与所述等离子体天线的朝向且邻近所述的与介质相对的表面的末端部分更接近。
15.根据权利要求11所述的热辅助磁记录头，其中在所述等离子体天线和所述磁极之间设置一导热层，从而覆盖所述等离子体天线的末端表面，所述末端表面与所述传播表面或所述传播边缘相对。
16.一种磁头万向架组件，包括：如权利要求11中所述的热辅助磁记录头；以及支撑所述热辅助磁记录头的悬架。
17.一种磁记录装置，包括：
至少一个如权利要求16中所述的磁头万向架组件；
至少一个磁记录介质；以及
一记录电路，其用于控制所述热辅助磁记录头向所述至少一个磁记录介质所进行的写操作，所述记录电路还包括一光发射控制电路，该光发射控制电路用于控制一产生用于激活表面等离子体的光的光源的操作。
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