CN104252869A - 用于磁记录头的写间隙结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于磁记录头的写间隙结构。在所示实施例中，写间隙结构包括沿斜角柱尖表面的顶部边缘和底部边缘之间的斜角柱尖表面的多个写间隙分段，以提供与气垫面邻接的窄的写间隙以及气垫面后面的更大的写间隙。在所示实施例中，窄的写间隙分段形成在斜角柱尖表面和前端护罩的下部后表面之间，更大的写间隙形成在斜角柱尖表面和前端护罩的上部后表面之间。

Description

用于磁记录头的写间隙结构
背景技术
数据存储装置使用磁记录头来在诸如旋转盘之类的磁存储介质上读取和/或写入数据。磁记录头通常包括感应写元件用于在存储介质上记录数据。感应写元件包括主柱体和柱尖以及一个或多个返回柱。电流被提供至写线圈以在主柱体中感应出磁通路线来在介质的一个或多个磁存储层上记录数据。可利用并行或垂直的记录技术来记录数据。对于增大存储量的需求导致了对更高场梯度来在更小空间中记录更多数据的需求。本发明的实施例提供了对这些和其它问题的解决方案，并提供相对于现有技术的优势。
发明内容
本发明涉及用于磁记录头的写间隙结构。如所公开的，写间隙结构具有写柱体和与气垫面接近的前端护罩之间的窄的写间隙宽度(例如，小于25纳米(nm))，以改进用于更高密度记录的场梯度。具体地，在公开的所示实施例中，布置在气垫面处的窄的写间隙宽度为20nm或更小。
在公开的实施例中，写间隙结构包括沿介于斜角柱尖表面的顶部边缘和底部边缘之间的斜角柱尖表面的多个写间隙分段。多个写间隙分段包括与气垫面接近的近侧写间隙分段以及从近侧间隙分段后面的气垫面凹进的远侧间隙分段。在所示实施例中，近侧写间隙分段在斜角柱尖表面和前端护罩的下部后表面之间延伸，以提供与气垫面接近的窄的间隙宽度。远侧间隙分段具有比该窄的间隙宽度更大的间隙宽度，而且在斜角表面和前端护罩的上部后表面之间延伸。
在所示实施例中，前端护罩的上部后表面在前端沿与斜角柱尖表面远离的方向与下部后表面隔开，从而提供远侧写间隙分段的更大的写间隙宽度。上部后表面经由台阶连接至下部后表面。在另一实施例中，上部后表面具有与下部后表面不同的倾斜角度以提供远侧写间隙分段的更大的写间隙宽度。例如，在所示的一个实施例中，下部后表面以与斜角柱尖表面的斜角共形的角度倾斜，上部后表面以相对于柱尖的斜角柱尖表面不共形的角度倾斜，从而提供该更大的写间隙宽度。
本申请公开了一种处理步骤，包括布置多个层以及选择性刻蚀从而形成多个写间隙分段以及所述前端护罩的上部和下部后表面。通过阅读后续的详细说明以及查看相关附图，表征了本发明实施例的特点和优势将变得明显。
附图说明
图1图示出其中可以采用本申请的实施例的数据存储装置的实施例。
图2是包括磁记录介质上的一个或多个换能器元件的头的示意图。
图3A–3C图示了写组件，其包括介于写组件的斜角柱尖表面和前端护罩之间的写间隙。
图4A–4C图示了写组件的实施例，其具有介于写柱尖的前斜角表面的顶部边缘和底部边缘之间的多个写间隙分段。
图5A-5C图示了制造包括多个写间隙分段的写组件的处理步骤的实施例。
具体实施方式
本申请涉及用于图1所示的数据存储装置100的磁记录头的写组件。如图1所示，数据存储装置100包括磁性数据存储介质或盘102和头104。包括一个或多个换能器元件(在图1中未示出)的头104被布置在数据存储介质102上方以从数据存储介质102读取数据和/或向数据存储介质102写入数据。在所示实施例中，数据存储介质102是旋转盘或者包括单个或多个磁存储层的其它磁存储介质。为了进行读写操作，主轴电机106(示意图示)使得介质102如箭头107所示地旋转，而且致动器机构110相对于旋转的介质102上的数据轨道来布置头104。主轴电机106和致动器机构110都连接至驱动电路112(示意图示)并通过其操作。头104通过悬挂组件耦接至致动器机构110，悬挂组件包括例如通过锻造连接而与机构110的致动器臂122连接的负载杆120。
头104的一个或多个换能器元件通过皮线电路134耦接至头部电路132，以便对数据进行编码和/或译码。虽然图1图示出耦接至致动器机构110的单个负载杆，但是附加的负载杆120和头104可耦接至致动器机构110以便从盘叠层的多个盘读取数据或者向盘叠层的多个盘写入数据。致动器机构110通过轴承124旋转地耦接至框架或匣仓(未示出)，以便绕着轴126旋转。致动器机构110的旋转使得头104沿跨道方向移动，如箭头130所示。
图2是介质102上方的头104的详细图示。头104上的一个或多个换能器元件被制造在滑块140上以形成头104的换能器部分142。所示的换能器部分142包括封装在Al2O3氧化铝结构中的写元件，由此形成头的写组件144。如所示，头104包括沿头的底部表面150的气垫面146或者面对介质102的滑块。头104通过与头的顶部表面152耦接的万向弹簧151或者面对介质102的滑块140而被耦接至负载杆120。介质102可以是位模式介质或者包括一个或多个磁记录层的其它磁存储介质。
在操作期间，介质或盘104的旋转导致了图1所示的方向107上的沿滑块140的气垫面146从滑块140或头前缘154至后缘156的气流。沿气垫面146的气流产生压力分布来将头104和滑块140支撑在介质102上方以进行读取和/或写入操作。如所示，沿滑块140的后缘156形成换能器部分142。
图3A是用于磁记录头104的写组件144的实施例的详细截面图。如所示，组件144包括具有柱尖162的主柱体160和通过顶部通孔166连接至主柱体160的返回柱164。通过向线圈172提供电流经由主柱体160在柱尖162中感应出由箭头170所示的磁性磁通路线。通过提供至线圈172的电流的方向来控制磁通路线的方向。线圈172嵌入处于主柱体160和返回柱164之间的非磁性层或绝缘部分174中。感应出的磁性路径提供了与介质104接近的磁场以在磁存储介质102的在一个或多个磁性记录层180中感应出磁场或极性。在所示实施例中，介质包括一个或多个软磁下层(SUL)182以在主柱体160和返回柱164之间形成闭合的磁通路线，从而实现垂直记录模式，其中数据位沿上/下定向记录在介质上。(多个)磁记录层180和(多个)SUL182被形成在衬底184上。一个或多个保护或涂覆层(未示出)可布置在记录层(s)180或现有技术已知的其它层上。
图3B-3C是主柱体160和柱尖162的详细示图。如图3B所示，柱体160的宽度在跨道方向上朝着柱尖162变窄。柱尖包括朝向介质的气垫面186以及以一定角度与前表面189交叉从而提供沿介质102的记录轨道的锥形柱尖尺寸的斜角前表面188。如图3A和3C所示，写组件144还包括由磁性材料从主柱体160向前地形成的并磁性耦接至返回柱164的前端护罩190。前端护罩190与柱尖162隔开以形成写间隙192，如图3A和3C所示。如所示，写间隙192在柱尖的斜角表面188和与尖162隔开的前端护罩190的后表面194之间延伸。
如图3C所示，柱尖162的气垫面(ABS)186从柱尖的前缘196延伸至柱尖的后缘198。ABS186的前缘196在跨道方向上具有比柱尖的ABS186的后缘198的宽度更窄的宽度。前缘196处窄的宽度总体上形成了梯形空气承受柱尖表面186。梯形形状由于柱尖相对于介质102上的轨道的斜角而降低了相邻轨道干扰。如所示，前端护罩190与ABS186的后缘198隔开以形成写间隙192，如图3A所示。写间隙192由磁绝缘材料形成，将柱尖162与前端护罩190隔开。对于给定场强，柱尖162和前端护罩190之间更小的写间隙192倾向于导致更大的场梯度，以提供更高的数据存储密度。然而，写间隙192的宽度来增大场梯度的努力由于写入场的损失而会损害性能。
图4A-4C公开了沿柱尖162的斜角表面188提供多个写间隙分段的写间隙结构。在所示实施例中，多个写间隙分段提供了与气垫面186接近的更小的写间隙或写间隙宽度从而改进了场梯度，并提供气垫面186后面的更大的写间隙或写间隙宽度以限制磁通泄漏。在图4A所示的实施例中，多个间隙分段被形成在底部倾斜边缘200和斜角柱尖表面188的顶部倾斜边缘202之间。多个写间隙分段包括在斜角柱尖表面188和前端护罩190的下部后表面205之间形成的近侧写间隙分段204以及在斜角柱尖表面188和前端护罩190的上部后表面209之间形成的远侧写间隙分段206。在所示实施例中，下部后表面205和上部后表面209通过台阶表面210连接。
下部后表面205在后边缘211处与台阶表面210交叉，上部后表面209在后边缘211处从后边缘211在与斜角柱尖表面188远离的方向上向前地与台阶表面210交叉，从而在斜角柱尖表面188和上部后表面209之间提供更大的间隙宽度。如所示，下部后表面205倾斜以在斜角柱尖表面188和下部后表面205之间提供固定的或共形的间隙宽度。在所示实施例中，上部后表面209还与斜角表面188的角度共形但是与下部后表面205向前隔开，从而提供如上所述的远侧写间隙分段206的更大的写间隙宽度。
沿近侧写间隙分段204的窄的共形间隙宽度提供了ABS处的窄的写间隙，从而改进了用于高密度记录的写入场梯度，同时沿远侧写间隙分段206的更大的写间隙宽度增大了斜角柱尖188和护罩190之间的间隔，从而减小了磁通泄漏以限制写入场强的减小。如所示，台阶210位于底部边缘200和斜角柱尖表面188的顶部边缘202之间，从而定义了近侧和远侧写间隙分段204，206之间的过渡。在所示实施例中，台阶210被布置得更靠近顶部倾斜边缘202，由此更宽的远侧间隙分段206充分地与气垫面隔开来保持高写入场梯度，同时将磁通泄漏限制至与斜角柱尖表面188的顶部边缘202接近的护罩。在所示实施例中，垂直后表面212将上部后表面209连接至与护罩190的底部或气垫面隔开的护罩190的顶部表面214。应该理解的是，多个写间隙分段的应用并不限于包括垂直表面部分212的后表面或所示的特定结构。
在图4B所示的另一实施例中，写间隙192包括与气垫面接近的近侧写间隙分段204以及与前面描述的气垫面隔开的远侧间隙分段206。如所示，后表面of护罩190包括前斜角柱尖表面188的底部和顶部边缘200，202之间的下部后表面205和上部后表面209。类似于图4A所示的实施例，近侧写间隙分段204被形成在斜角柱尖表面和前端护罩190的下部后表面205之间，远侧写间隙分段206被形成在斜角柱尖表面188和前端护罩190的上部后表面209之间。
如所示，后表面台阶210将下部后表面205连接至上部后表面209以提供沿近侧写间隙分段204的窄的间隙，其小于沿远侧写间隙分段206的写间隙宽度，如上所述。如所示，下部后表面205倾斜以提供斜角柱尖表面188和前端护罩190的下部后表面205之间的固定的或者共形的间隙宽。上部后表面209经由台阶210与下部后表面205隔开，并且在非共形角度下自斜角表面188倾斜，从而提供沿远侧写间隙分段206的更大的间隙宽度。在所示实施例中，垂直后表面212连接护罩190的上部后表面209和顶部表面214。因此，如所述，上部和下部后表面205，209以不同角度倾斜以形成气垫面处的窄的共形写间隙以及气垫面后面的放大的写间隙。
图4C图示出写组件144的另一实施例，其包括前面在图4A-4B中图示的多个近侧和远侧间隙分段204，206。在图4C所示的实施例中，前端护罩190的上部和下部后表面205，209直接连接在后边缘211处。上部和下部后表面205，209以不同斜角倾斜以形成近侧写间隙宽度和具有比近侧写间隙宽度大的尺寸的远侧写间隙宽度。连接上部和下部后表面205，209的后边缘211处于底部倾斜边缘200上方而且处于柱尖162的顶部斜角边缘202下方。如所示，下部后表面205以相对于斜角前柱尖表面188共形的角度延伸以提供与斜角柱尖表面188和前端护罩190的下部后表面205之间的气垫面186接近的共形的写间隙。上部后表面209以非共形的角度延伸以提供远侧写间隙宽度，远侧写间隙宽度在远离气垫面的方向上在后边缘211上方增大以在与斜角柱尖表面188的顶部边缘接近的气垫面的后面提供更大的写间隙。
图5A图示出用于制造图4A公开的写间隙的实施例的处理步骤。如台阶300所示，绝缘结构被形成在写柱体162的前表面和斜角表面188上。通过沉积第一非磁性层302来形成绝缘结构。在所示实施例中，非磁性层302被沿着斜角表面188刻蚀以形成沿斜角柱尖表面188的共形的宽度。在步骤304，第二非磁性层306被沉积在第一非磁性层302上。第一和第二非磁性层302，306可以是相同材料或不同材料。用于层302，306的示例的第一和第二非磁性材料包括Al2O3氧化铝、Ru、NiCr、NiRu、Cr、SiO2或无定形碳A-C。可利用溅射、化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)、原子层沈积(ALD)电子枪蒸镀法、离子束溅射和本领域已知的其它沉积方法来布置第一和第二非磁性层302，306。在所示的一个实施例中，第一非磁性层302是Al2O3，第二非磁性层306是无定形碳A-C。
在步骤310，掩膜312被涂覆至与顶部斜角边缘202接近的第二非磁性层306的顶部部分。在未掩盖区域对第二非磁性层306进行刻蚀或研磨以在未掩盖区域中从第一非磁性层302去除第二非磁性层306from第一非磁性层302，如步骤314所示。如步骤316所示，种子层320被涂覆至经刻蚀或研磨的部分的第二非磁性层306和第一非磁性层302，从而覆盖前端护罩190。如步骤322所示，前端护罩被覆盖在种子层320上以形成下部和上部后表面205，209和前端护罩190的顶部表面214。如所示，护罩的顶部表面214与第二非磁性层306的顶部对齐。因此，如所示，第一非磁性层形成了近侧间隙分段204的间隙宽度，第一和第二非磁性层302，306形成了远侧写间隙分段206的间隙宽度。
图5B图示出用于制造图4B所示的写间隙结构的另一实施例的处理步骤，其中类似的参考标号被用来识别前述实施例中类似的步骤。如图5B所示，在步骤300，第一非磁性层302被形成在写柱体的前部和斜角表面，在布置304，第二非磁性层306被沉积在第一非磁性层302上。在步骤310，掩膜312被涂覆至第二非磁性层306的一部分，而且在未掩盖区域对第二非磁性层306进行刻蚀或研磨以从第一非磁性层302去除第二非磁性层306，如步骤314所示。此后，第二非磁性层306的一部分被刻蚀或研磨以形成与斜角表面的倾斜角度不同的倾斜角度，从而提供沿气垫面186后面的远侧写间隙分段206的增大的间隙宽度。如步骤314、316所示，前端护罩190被制造或覆盖在种子层320上以形成下部和上部后表面205，209以及共形的和非共形的近侧和远侧写间隙分段204，206，如参考图4B所描述的那样。
图5C图示出用于制造图4C所示的写间隙结构的另一实施例的处理步骤，其中类似的参考标号被用来识别图5A-5B中类似的步骤。通过沉积第一非磁性层302和第二非磁性层306来形成绝缘结构，如步骤300，304所示。在步骤310，314，第二非磁性层306的底部部分被去除以形成近侧间隙分段204，如上所述。在步骤332，第二非磁性层306被刻蚀或研磨以形成倾斜表面，其具有与斜角表面188不同的倾斜斜角或非共形的斜角，由此提供了远侧写间隙分段206的更大的写间隙。此后，在步骤316，322，前端护罩190被覆盖在种子层320以及第一和第二非磁性层302，306上以形成前端护罩的上部和下部后表面205，209，如上所述。
虽然图5A-5C图示了用于制造本申请前面描述的多个分段写间隙的处理步骤，但是本申请并不限于具体处理步骤或所描述的顺序。应该理解的是，即使与本发明各种实施例的结构和功能的细节一起，本发明各种实施例的大量特征和优势已经在前述说明中予以阐述，但是本公开文本仅仅是示意性的，可以对细节做出改变，尤其是在所附权利要求所表述的广义含义所表示的整个范围的本发明原理下对部件的结构和布置做出改变。例如，具体元件可根据具体应用而改变，同时保持基本相同的功能而不脱离本发明的精神和范围。此外，虽然此处描述的实施例涉及用于包括单个返回柱的具体写组件的写间隙结构，但是本申请并不限于具体实施例或所示的写组件。

Claims (20)

1.一种写组件，包括：
具有柱尖的写柱体，所述柱尖包括斜角柱尖表面，所述斜角柱尖表面具有在气垫面处形成的底部边缘以及与底部边缘隔开的顶部边缘；
与柱尖隔开的前端护罩，其具有通过位于斜角柱尖表面的顶部边缘下方的后边缘连接的上部后表面和下部后表面；以及
包括近侧写间隙分段和远侧写间隙分段的非磁性写间隙，近侧写间隙分段被布置成邻近气垫面并且具有在斜角柱尖表面和护罩的下部后表面之间延伸的近侧间隙宽度，远侧写间隙分段具有大于近侧间隙宽度的在斜角柱尖表面和护罩的上部后表面之间延伸的远侧间隙宽度。
2.根据权利要求1所述的写组件，其中柱尖的气垫面包括前缘和形成在斜角柱尖表面的底部边缘处的后缘，而且前缘具有相对于斜角柱尖表面的底部边缘处的后缘的跨道宽度尺寸更窄的跨道宽度尺寸。
3.根据权利要求1所述的写组件，其与具有软下层的介质以及返回柱组合来形成通过软下层的介于写柱体和返回柱之间的磁通路线。
4.根据权利要求1所述的写组件，其中下部后表面与斜角柱尖表面共形以形成沿近侧写间隙分段的共形间隙。
5.根据权利要求4所述的写组件，其中上部后表面与斜角柱尖表面不共形以形成沿远侧写间隙分段的非共形间隙。
6.根据权利要求1所述的写组件，其中上部和下部后表面通过将上部后表面连接至下部后表面的后台阶进行连接。
7.根据权利要求6所述的写组件，其中下部后表面与斜角柱尖表面共形。
8.根据权利要求7所述的写组件，其中上部后表面与斜角柱尖表面不共形。
9.根据权利要求7所述的写组件，其中上部后表面与斜角柱尖表面共形。
10.根据权利要求1所述的写组件，其中前端护罩的上部和下部后表面具有不同斜角以定义近侧和远侧间隙宽度。
11.根据权利要求1所述的写组件，其中近侧间隙宽度小于25nm，远侧间隙宽度为25nm或更大。
12.根据权利要求1所述的写组件，其中近侧间隙宽度为20nm或更小，远侧间隙宽度大于20nm。
13.一种写组件，包括：
具有斜角柱尖表面的写柱体；
与斜角柱尖表面隔开的前端护罩；以及
处于斜角柱尖表面与前端护罩的后表面之间的非磁性写间隙，其具有小于25nm的写间隙宽度。
14.根据权利要求13所述的写组件，其中写间隙宽度为20nm或更小。
15.根据权利要求13所述的写组件，其中写间隙包括与气垫面接近的等于20nm或更小的近侧间隙宽度以及与气垫面隔开的处于斜角柱尖表面的顶部边缘下方的大于20nm的远侧间隙宽度。
16.根据权利要求15所述的写组件，其中前端护罩包括上部后表面和下部后表面以及连接上部和下部后表面的表面台阶，近侧间隙宽度在斜角柱尖表面和下部后表面之间延伸，远侧间隙宽度在斜角柱尖表面和上部后表面之间延伸。
17.根据权利要求15所述的写组件，其中前端护罩包括具有不同斜角的上部后表面和下部后表面，近侧间隙宽度在斜角柱尖表面和下部后表面之间延伸，远侧间隙宽度在斜角柱尖表面和上部后表面之间延伸。
18.一种方法，包括：
沿柱尖的前斜角表面布置第一非磁性层；
沿柱尖的前斜角表面在第一非磁性层上布置第二非磁性层；
刻蚀第二非磁性层以从第一非磁性层去除第二非磁性层的一部分；以及
在第一非磁性层上制造前端护罩以形成前端护罩的下部后表面，以及在第二非磁性层上制造前端护罩以形成前端护罩的上部后表面。
19.根据权利要求18所述的方法，其中布置第一非磁性层和第二非磁性层的步骤包括布置第一材料来布置第一非磁性层以及布置不同于第一材料的第二材料来布置第二非磁性层。
20.根据权利要求18所述的方法，其中制造前端护罩的步骤包括：在第一和第二非磁性层上布置种子层；以及
在种子层上布置前端护罩材料以形成前端护罩的上部和下部后表面。
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