CN103854667A

CN103854667A - 具有成形的框屏蔽内的写入极

Info

Publication number: CN103854667A
Application number: CN201310111551.0A
Authority: CN
Inventors: K·希姆; J·薛; H·殷
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: JP5807033B2; US8830626B2; CN103854667B; JP2014110069A; EP2738765A1; KR101421279B1; US20140153133A1; KR20140071216A

Abstract

磁性元件通常可被配置为数据写入器，该数据写入器被构造成至少具有位于框屏蔽内且通过写入间隙与框屏蔽分隔开的写入极。框屏蔽可被配置成维持从写入极的前沿边缘的第一侧至前沿边缘的相对第二侧的至少一分隔距离。

Description

具有成形的框屏蔽内的写入极

发明内容

各个实施例一般涉及能够在各种数据存储环境中编程数据比特的磁性元件。

根据各个实施例，磁性元件通常可被配置为数据写入器，该数据写入器被构造成至少具有位于框屏蔽内且通过写入间隙与框屏蔽分隔开的写入极。框屏蔽可被配置成维持从写入极的前沿边缘的第一侧至前沿边缘的相对第二侧的至少一分隔距离。

附图说明

图1是根据各个实施例构造和操作的示例数据存储装置的框图表示。

图2例示了能被用在图1的数据存数装置中的示例磁性元件的横截面框图表示。

图3显示了根据一些实施例构造的示例磁性元件的一部分的ABS视图框图表示。

图4显示了根据各个实施例构造的示例磁性元件的ABS视图框图表示。

图5例示了根据各个实施例构造的示例磁性元件的一部分的ABS视图框图表示。

图6是根据一些实施例构造的示例磁性元件的一部分的ABS视图框图表示。

图7A和7B提供了根据各个实施例的示例数据写入器制造例程的流程图和相关联例示。

具体实施方式

着重强调数据数据存储装置——尤其是具有更快速的数据访问时间和增大的数据访问可靠性的装置——的形状因子和数据容量导致缩小的尺寸以及增大的数据比特密度。此类数据比特配置可与诸如数据写入极之类的较小的数据访问组件以及日益稳健的磁性屏蔽相配。然而，磁性元件能够通过足够的写入场和梯度来访问数据比特以编程数据同时将磁性元件的磁性范围屏蔽至数据磁道的大小会是挑战性的。因此，能在减小的形状因子的数据存储装置内实现以提供符合高数据比特密度数据存储环境的磁性范围而不减小磁场和梯度的磁性屏蔽配置是行业持续的需求。

因此，可根据一些实施例将磁性元件配置成具有至少一写入极，该写入极被定位在框屏蔽内并且通过写入间隙与框屏蔽分隔开，该写入间隙维持归因于框屏蔽的配置的、从写入极的前沿边缘的第一侧至前沿边缘的相对第二侧的至少一个分隔距离。对在写入极的前沿边缘处具有分隔距离的磁性元件的调整可提供足够准确的屏蔽以定义精确磁性范围同时防止可使磁场和梯度降级的屏蔽-极旁路。另外，经调整的前沿边缘分隔距离可减轻会使在提高的数据比特密度、缩小的形状因子的数据环境中的磁性元件遭殃的侧磁道擦除和毗邻磁道干扰。

虽然可在非限制的各个环境中实践调整的磁性屏蔽，但是图1一般地例示了可根据各个实施例利用调整的磁性元件的示例数据存储装置100的俯视图框图表示。数据存储装置100是在非限制性配置中示出的，其中致动组件102能将换能头104定位在磁性存储介质106上的各个位置上，在该磁性存储介质上，所存储的数据比特108被定位在预定数据磁道110上，该磁性存储介质被配置成具有决定介质106的存储容量的面密度。存储介质106的移动可通过对一个或多个主轴马达112的附连来助益，该一个或多个主轴马达112在使用期间旋转以产生空气承载表面（ABS），在其上面，致动组件102的滑块部分114飞行，以将包括换能头104的头万向架组件（HGA）116定位在介质106的预定部分之上。

换能头104可被配置成具有一个或多个换能元件，如磁性写入器、磁性响应性读取器和磁性屏蔽，它们操作以分别对存储介质106的所选数据磁道110进行编程和读取数据。由此，致动组件102的受控运动对应于换能器与存储介质表面上所定义的磁道110的对准，以写入、读取，以及重写数据。随着数据比特108变得更密集地定位在具有较小径向宽度的数据磁道110中，头部104可能非有意地将磁通量分发到毗邻数据磁道110，这会产生使数据存储装置100的性能降级的差错和不精确的数据存储。

图2显示了根据一些实施例构造的用于减轻缩减的形状因子的数据磁道和更密集打包的数据比特的影响的示例磁性元件120的横截面框图表示。虽然磁性元件120可具有一个或多个数据访问元件，但是示出磁性元件120的磁性数据写入器122部分，其可操作以将数据写入诸如图1的介质106之类的毗邻存储介质。磁性数据写入器122具有主写入极124和至少一个返回极126，其形成写入电路以向毗邻存储介质给予预定磁性定向。

如就数据写入器124的非限制性配置所显示的，返回极126接触ABS屏蔽的前沿128和后沿130部分，该前沿部分和后沿部分通过围绕主写入极尖端132来形成“框屏蔽（box shield）”，该框屏蔽有助于通过防止磁通量在极124与126之间迁移并防止其跨ABS超出数据存储介质的预定区域来限定写入极124的磁性范围。返回极126还接触绝缘材料134，该绝缘材料134维持线圈与磁饱和组件的磁性分隔，同时防止写入124极与返回126极之间的非期望旁路（shunting）。

磁性元件120的各种屏蔽可由其相对于遭遇外部比特（诸如图1的比特108）的时间的位置来表征。换言之，在写入极124之前遭遇外部比特的屏蔽可被表征为“前沿”屏蔽，而在写入极124之后见到比特的屏蔽可被表征为“后沿”屏蔽。这样的特征延伸至换能元件的“上磁道（uptrack）”或“下磁道（downtrack）”之间的差异，因为取决于磁性元件120相对于数据磁道136以及外部比特的行进方向，屏蔽可以或者是前沿或者是后沿，并且可以或者是上磁道或者是下磁道。

虽然磁性元件120具有配置成将磁通量从写入极124集中到诸如沿着数据磁道136的一个或多个数据比特之类的预定磁性范围的多个磁屏蔽，但是增大的数据磁道密度已导致在侧磁道擦除状况下沿Z轴对数据比特的非有意编程。在Z轴上相对于写入极124的侧屏蔽的添加可减小写入极124的磁性范围，以使其符合缩减的数据磁道宽度，但是屏蔽与写入极124之间靠近的邻近度可使写入性能降级，因为磁通量被旁路至各个屏蔽。此类旁路可减小写入极124的写入场幅度和梯度。屏蔽与磁通承载极124和126的靠近邻近度可进一步导致屏蔽保持磁化，并且使侧磁道擦除恶化，这导致差劣的可写性和较大的比特差错率。

通过在减小磁性元件120的大小同时将其磁性范围约束成与增大的数据比特和数据磁道密度相对应时对构造和操作难度的分类，调整屏蔽以使其对于与写入极124的旁路具有更稳健的屏蔽和阻力同时处在靠近的物理邻近度是数据存储行业的持续的目标。图3示出了根据各个实施例构造的用于减轻旁路同时促进增大的写入场幅值和梯度的示例数据写入器150的一部分的ABS视图框图表示。

数据写入器150被配置成具有放置在后沿屏蔽154与框屏蔽之间的梯形形状的写入极152。框屏蔽156沿Z轴关于写入极152的前沿边缘158从第一横向侧连续延伸至第二横向侧。即，框屏蔽156具有在第一极侧壁162的近端的第一屏蔽侧壁160，并且关于前沿边缘158无缝地延伸至毗邻第二极侧壁166的第二屏蔽侧壁164。每个屏蔽和极侧壁可被相应地构成具有由连续写入间隙168分隔开的匹配角定向θ₁和θ₂，该连续写入间隙168环绕屏蔽侧壁162和164以及前沿158和后沿170边缘。

使框屏蔽156从第一极侧壁162的近端连续延伸至第二极侧壁166可允许更稳健的磁性屏蔽，因为不存在导致会造成更大磁畴和增大的噪声（尤其源自毗邻磁道干扰状况中的毗邻数据磁道）的磁跃迁以及耦合位置点的物理缝隙。在写入极152的操作期间，前沿边缘158可展现至少部分地归因于极152的梯形形状的增大的磁选（magnetic concentration）。此类磁选可能容易受旁路的影响，这可通过调整写入间隙168厚度来减轻。例如，写入极152的后沿边缘170与框屏蔽156之间的距离172可被调整成与写入极152的前沿边缘158同框屏蔽156之间的距离174相同或不同，这可减轻在写入极152的前沿边缘158在毗邻数据磁道上或朝其磁性或物理地延伸时可能在倾斜角处发生的前沿边缘擦除情况。

写入间隙168还可通过提供下磁道写入间隙部分176来调整，该下磁道写入间隙部分176被成形为提供从前沿边缘158至框屏蔽156的下磁道分隔距离178。在图3中所示的非限制性实施例中，下磁道写入间隙部分176被成形为具有在预定角θ₃下定向的线性侧壁，这些线性侧壁在一点处相交并维持从第一极侧壁162至第二屏蔽侧壁166的至少前沿边缘分隔距离174。此分隔距离174或不同的分隔距离可通过将框屏蔽156的角度关系调整为与前沿边缘158表面远离ABS延伸的角度相似或不相似来在ABS远端沿X轴连续地延伸。关于前沿边缘158维持分隔距离174可减轻旁路，同时屏蔽磁通量以提供精确的磁范围。

虽然围绕写入极152的均匀的写入间隙168可减少前沿边缘158处的旁路，但是框屏蔽156与写入极152的后沿边缘170的邻近度不提供与前沿边缘158同样的对写入极152的磁范围的实际屏蔽和成形，这可能至少部分地归因于操作期间前沿边缘158附近的磁化的集中。另外，小的后沿边缘分隔距离172会是旁路以及降级的写入极152磁场和梯度的有害来源。

图4显示了根据一些实施例配置的用于减轻旁路同时提供优化的磁性屏蔽的示例磁性元件190的一部分的ABS视图框图表示。磁性元件190具有放置在框屏蔽194和下磁道后沿屏蔽196内的写入极192。由写入间隙198将写入极192与屏蔽194和196分隔开，该写入间隙198被调整成在预定位置处具有变化的厚度。在非限制性磁性元件190中，由第一分隔距离202以及写入极192的前沿边缘206处的较小的第二分隔距离204将写入极192的后沿边缘200与框屏蔽194分隔开。

通过将最接近极侧壁210的框屏蔽侧壁208配置成具有不同的角定向θ₁和θ₂（诸如相对于Y轴，与极侧壁210相比较大的成线性角度的侧壁208）来提供变化的写入间隙198。变化的分隔距离200和202可根据各个实施例来调整，以通过在预定位置处与框屏蔽194的增大的分隔来提供在写入极192的较大磁范围与缩减的旁路之间的平衡。即，前沿边缘206处的缩减的分隔距离204结合后沿边缘200处较大的分隔距离202可减少旁路同时仍提供准确的屏蔽。

虽然前沿边缘206处缩减的分隔距离204可有助于准确的屏蔽，但是写入间隙的下磁道部分212可确定实际磁范围。例如，将下磁道部分212配置成具有比前沿边缘分隔距离204更小或更大的分隔距离214可提供从前沿边缘206起在横向上的精确的磁范围，但是会易于受到在向下磁道辐射磁通量时侧磁道擦除和毗邻磁道干扰的影响。因而，将框屏蔽194配置成关于前沿边缘206延伸并且以下磁道分隔距离214沿圆周维持缩减的分隔距离204的连续层减轻下磁道磁通辐射，并准确地定义写入极192在前沿边缘206处的磁范围。

在一些实施例中，缩减的分隔距离204是通过将框屏蔽194的下磁道部分配置成具有连续的曲线侧壁216（如图4中所示的）来维持的。此类下磁道部分212配置并非是进行限制的，并且可被不同地调整以提供写入极的经修改的磁范围，诸如图3中所示的增大的下磁道分隔距离178和线性下磁道部分侧壁。不管下磁道部分被如何调整和配置，关于前沿边缘206在相对的极侧壁210之间连续地延伸框屏蔽194减小下磁道磁通辐射，同时允许增大的分隔距离200缩减旁路并增大写入极192的写入场梯度和幅度。

后沿边缘200处写入极192与框屏蔽194之间的增大的分隔距离200可通过信箱区域218来着重突出，该信箱区域提供上磁道上自写入极192起的增大的写入间隙宽度220。调整上磁道宽度220可将后沿屏蔽196与写入极192进一步磁隔离，同时减轻上磁道磁通量辐射和侧磁道擦除。通过调整关于前沿边缘206的写入间隙198以及后沿边缘200处的信箱区域218，可鉴于缩减的旁路优化磁性屏蔽，以提供提高的写入场幅度和梯度。

在前沿206边缘处将写入间隙198调整成最小分隔距离204可在前沿边缘206的近端处提供与后沿200与前沿206边缘之间的位置相比增大的屏蔽，该后沿200与前沿206边缘之间的位置可能是至少部分的归因于写入极192的形状的磁饱和和潜在旁路的局部化区域。图5显示了根据各个实施例构造和操作的示例数据写入器230的一部分的ABS视图框图表示。数据写入器230的经调整的配置将写入极234与框屏蔽236之间的最小写入间隙分隔距离232定位在极侧壁248的前沿238和后沿240边缘的位置中间处。

最小分隔距离232的中间位置可允许框屏蔽236的下磁道部分242被成形为包括写入极234和前沿边缘238中的更多。在所示非限制性实施例中，下磁道部分242被配置成具有提供横向246和下磁道248分隔距离的连续曲线侧壁244，这些分隔距离被调整以维持围绕写入极234的前沿边缘238的最小分隔距离232。通过曲线侧壁244的形状来将横向246和下磁道248分隔距离调整成类似或不同长度的能力提供了用于优化最接近前沿边缘238的屏蔽同时减轻旁路的附加手段。

构造具有经调整的下磁道部分242的框屏蔽236可通过降低维持关于前沿边缘238的密封写入间隙所涉及的工艺难度来易于数据写入器230的形成。框屏蔽236的经调整的下磁道部分242可采用不受限的各种形状和大小，但是在一些实施例中，可具有沿Z轴在横向上直接远离写入极234延伸以增大写入间隙252厚度的过渡表面250。过渡表面250可被配置成具有与曲线侧壁244和后沿侧壁254不同的角度和长度，以提供磁道上与最小分隔距离232紧邻隔开的预定写入间隙252。

由过渡表面250提供的增大的写入间隙252厚度可给予后沿侧壁254更多空间以供调整成角定向θ₁和形状，该角定向θ₁和形状对于与极侧壁248的更近的接近或许是不可能的。例如，后沿侧壁254可被配置成具有减小在后沿边缘240近端的写入间隙252的突出或负角部分。相反地，在图5中所示的实施例中，后沿侧壁254具有与极侧壁248的角度θ₂不同的锥角度θ₁，以将从过渡表面250起的写入间隙252均匀且连续地增大至在横向上毗邻写入极234的后沿边缘240的后沿分隔距离256。

框屏蔽236可进一步被配置成在信箱区域260的相对侧上在上磁道上自写入极234起定义信箱侧壁258。与图4中定义信箱区域218的下表面的框屏蔽194相比，框屏蔽236延伸成定义信箱侧壁258，并且结果得到沿Z轴的信箱宽度262。通过用框屏蔽236与后沿屏蔽240相对地定义信箱区域260的更大部分，由于框236与后沿240屏蔽之间的材料缝隙进一步远离写入极234，因此框屏蔽236的磁连续性可在上磁道上从写入极234进一步延伸。

通过框屏蔽236的各个可调整特征（诸如下磁道部分242、过渡表面250、以及信箱区域260），数据写入器230可被定制成具有这样的磁屏蔽：该磁屏蔽用于提供可容纳各种减小的形状因子的、高数据比特密度数据存储装置的优化的旁路缩减以及磁范围定义。然而，对框屏蔽236的配置的调整并非是仅有的用于优化旁路与磁范围定义之间的平衡的手段，因为可针对材料成分来调整框屏蔽194。

图6一般地例示了根据一些实施例的构造成具有经调整的框屏蔽272的示例磁性元件270的一部分的ABS视图框图表示。框屏蔽272是由具有展现不同磁矩的材料的包围写入极286的前沿边缘284的屏蔽子层274、276、278、280和282的垂直聚集构造的。

虽然可在关于写入极286的不受限的各种配置中定位变化的磁矩，但是图6中的示例性配置从下磁道向上磁道逐渐且均匀地减小各个层的磁矩。即，每个屏蔽子层在写入极286的任一侧上且从前沿边缘284的近端（诸如1.6特斯拉）起延伸至后沿边缘288的近端（诸如，0.8特斯拉），并且具有按均匀递减（诸如，0.2特斯拉）的更低磁矩。

子层磁矩中的差异可通过调节子层材料、厚度、以及沉积技术（这些都不是必须或限制性的）来配置。例如，子层276可具有定义下磁道部分292的部分的第一厚度，并且与子层278的第二厚度294不同。针对磁矩、厚度、和材料调整一个或多个屏蔽子层的能力可优化屏蔽，同时最小化旁路并沿下磁道方向（Y轴）增大磁矩，因为写入间隙296的最细部分在高磁矩子层的近端。然而，在分级层压结构中使用屏蔽子层不排除将屏蔽侧壁298调整成具有从后沿边缘288至前沿边缘284以及下磁道部分292的递减的写入间隙296以维持围绕前沿边缘284的前沿边缘分隔距离300——包括下磁道距离302——的能力。

通过各种非限制性框屏蔽272配置可能优化写入极性能；磁性元件的构造可经历一系列判决和步骤以调整磁操作。图7A和7B提供了根据各个实施例构造的用于调整框屏蔽的旁路和屏蔽特性的示例磁性元件制造例程310。最初，例程310在步骤312中将框屏蔽形成为单个材料层或具有不同磁矩的诸层的层压结构——其由元件330例示，其中单个材料层332准备好被处理。

步骤314接着创建具有在预定角定向下定向的屏蔽侧壁的预定写入腔，如元件340和腔342所显示的。随后，在步骤316中用非磁性写入间隙材料覆盖屏蔽侧壁，该非磁性写入间隙材料可被沉积在一个或多个层中，以提供沿屏蔽侧壁的均匀或变化的写入间隙厚度并定义写入极腔。如元件350中所示的，用写入间隙材料352填充写入腔342，该写入间隙材料352创建了与屏蔽侧壁不同的、用于定义写入极腔354的侧壁斜度。应当注意，步骤316可通过各种沉积手段（诸如斜入射角溅射）来进行，并且可进一步包括将下磁道写入间隙部分356形成为预定形状，诸如曲线和大小。

步骤318可接下来用写入极材料填充写入极腔，该写入极材料采用腔的形状并且通过连续的写入间隙材料来与框屏蔽分隔开，这由元件360和写入极362示出。步骤318中写入极的形成使得例程310进入判决320，在那里评估对信箱区域的包括。如果在判决320中选择诸如元件370的信箱区域372之类的信箱，则步骤322沉积用预定宽度成形的信箱掩模，以形成包括后沿屏蔽的信箱区域。对不包括信箱区域的判决可行进至步骤324，在那里，诸如元件370的插入物374之类的非磁性插入物被沉积在写入极的顶上，以完成写入间隙，并且使写入极与后沿屏蔽在磁性上隔离。

通过例程310的各个步骤和判决，可用经调整的磁性屏蔽和经优化的旁路来构造磁性元件。然而，应当注意，图7A和7B中所示的例程310的各个步骤和判决并非是必须或限制的，因为可省去、改变和添加各个判决和步骤。作为示例，可评估附加判决以确定有多少个层将被包括在框屏蔽中。

通过框屏蔽的各个经调整的方面，写入极的磁性性能可适合提供精确的磁范围，同时降低写入极与框屏蔽之间旁路的机会。此类减小的旁路可提供有助于编程紧密组织的数据比特的增大的磁性写入场幅度和梯度。此外，调整在后沿边缘的近端的信箱区域以及在前沿边缘的近端的下磁道部分的形状的能力减小磁通量辐射，并减轻侧磁道擦除和毗邻磁道干扰状况。

另外，尽管各个实施例已涉及磁设计，但应当理解，所要求保护的技术可易于在任意数量的其他应用（包括数据数据存储器件应用）中使用。将理解，尽管在先前描述中连同各实施例的结构和功能的细节一起阐述了本公开的各实施例的许多特性和配置，但是此详细描述仅仅是示例性的，并且可以在细节上作出修改，尤其在由表达所附权利要求的术语的宽泛的一般含义所指示的尽可能范围内在本公开的原理内对部件的结果和布置的诸方面作出修改。例如，在不偏离本发明技术的精神和范围的情况下，特定元件可以取决于特定应用而变化。

Claims

1.一种装置，包括设置在框屏蔽之间并通过写入间隙与框屏蔽分隔开的写入极，所述框屏蔽被配置成维持从所述写入极的前沿边缘的第一侧至所述前沿边缘的相对第二侧的至少一分隔距离。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框屏蔽连续地延伸至所述写入极的相对侧。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框屏蔽包括多个子层。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，每个子层具有不同的磁矩。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述多个子层沿下磁道方向在磁矩上逐渐且均匀地递减。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框屏蔽定义上磁道上自所述写入极起的信箱区。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述框屏蔽定义所述信箱区的横向侧壁。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框屏蔽是无缝材料层。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述写入间隙在所述写入极的横向侧和所述前沿边缘周围是均匀的厚度。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分隔距离是所述写入极与框屏蔽之间的最靠近点。

11.一种磁性元件，包括通过写入间隙与框屏蔽分隔开的写入极，所述写入间隙从所述写入极的后沿边缘处的第一分隔距离递减至所述写入极的前沿边缘处的第二分隔距离，所述框屏蔽被配置成维持从所述前沿边缘的第一侧至所述前沿边缘的相对第二侧的至少第二分隔距离。

12.如权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，所述框屏蔽包括在所述前沿和后沿边缘的中间点处径直远离所述写入极延伸的过渡表面。

13.如权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，所述框屏蔽包括在所述前沿边缘周围成形的下磁道部分。

14.如权利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述下磁道部分包括连续曲线侧壁。

15.如权利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述下磁道部分包括线性侧壁。

16.如权利要求13所述的磁性元件，其特征在于，所述下磁道部分具有大于所述第二分隔距离的下磁道分隔距离。

17.如权利要求11所述的磁性元件，其特征在于，所述框屏蔽包括所述前沿与后沿边缘之间的负角侧屏蔽。

18.一种数据写入器，包括写入极，所述写入极具有通过所述写入极的相对第一和第二侧上的第一和第二极侧壁连接的前沿和后沿边缘，所述写入极被设置在所述侧屏蔽内并且通过写入间隙与侧屏蔽分隔开，所述写入间隙从所述前沿边缘处的第一分隔距离递减至所述前沿边缘处的第二分隔距离，每个侧屏蔽被配置成维持从所述第一极侧壁至所述前沿边缘周围的所述第二极侧壁的至少第二分隔距离。

19.如权利要求18所述的数据写入器，其特征在于，所述框屏蔽维持下磁道位置处所述第一与第二极侧壁之间的分隔距离。

20.如权利要求18所述的数据写入器，其特征在于，所述第二分隔距离被定位成在横向上毗邻所述前沿边缘。