CN105405453A - 微波辅助磁记录(mamr)写头和系统 - Google Patents

微波辅助磁记录(mamr)写头和系统 Download PDF

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Abstract

微波辅助磁记录(MAMR)写头和系统。微波辅助的磁记录(MAMR)写头包括具有主极、磁通返回极和尾磁屏蔽的磁轭结构。主极包括：写头，该写头具有在磁盘面对的表面处的尖端；副极，该副极具有从磁盘面对的表面凹陷的末端；以及电绝缘层，该电绝缘层在写极和副极之间。自旋转矩振荡器(STO)定位尾屏蔽和写极尖端之间的磁盘面对的表面处。绝缘层保证STO电流在返回极和写极之间不短路。在写极和副极之间的绝缘层增加在返回极和写极之间接合的面积，这减少磁轭结构的磁阻。

Description

微波辅助磁记录(MAMR)写头和系统
技术领域
本发明一般涉及磁记录系统，并更具体地涉及具有提供微波辅助磁记录(MAMR)的自旋转矩振荡器(STO)的写头。
背景技术
在磁记录硬盘驱动器中的垂直磁记录(PMR)允许超高记录密度，例如，在磁盘上记录比特数的面密度，其中，记录的比特数沿垂直的或平面外朝向储存在磁盘的磁记录层中。然而，增加记录密度需要相应地减小在磁记录层中磁性颗粒的尺寸，以获得足够的介质信噪比。随着磁性颗粒尺寸的减小，必须提高磁性颗粒的磁晶各向异性以保持充分的热稳定性。同时，来自写头的磁性写场必须超过磁记录层的矫顽力以达到饱和数字记录，导致对磁性颗粒的各向异性的冲突限制。
已经提出使用自旋转矩振荡器(STO)具有高频率辅助写的PMR系统。该记录类型，也称为微波辅助磁记录(MAMR)，从STO施加高频振荡的辅助磁场到记录层的磁性颗粒。辅助的磁场可具有接近于在记录层中磁性颗粒的共振频率的频率，使得较之没有辅助的记录以来自传统写头的更低的写场来促进颗粒磁化的切换。反之，MAMR可被用来增加可单独通过传统的写头写入的磁记录层的矫顽力。MAMR所经受的矫顽力的增加允许磁性颗粒尺寸的减少并从而允许相应的记录密度系统的增加。在US6,785,092B2和US2008/0137224A1中以及由J.G.Zhu等的"MicrowaveAssistedMagneticRecording",IEEETransactionsonMagnetics,Vol.44,No.1,January2008,pp.125-131描述了MAMR系统。
在提出的MAMR写头中，STO位于写极和尾磁屏蔽之间。STO是由被非磁性间隔层分隔的两个或更多个磁性层组成的多层膜堆叠。磁性层中的一层，场发生层(FGL)被设计为在直流电流垂直于膜堆叠的膜平面的情况下具有其磁化方向振荡。在电流在临界电流密度之上的情况下，磁化方向优选地不振荡的另一磁性层起“旋转偏振器”的作用以产生在FGL处的自旋极化电流。这使FGL磁化方向的静态平衡不稳定，使其经受在可用于MAMR应用的频率处持续的振荡。如果不是唯一的可能的位置，STO在写极和尾屏蔽之间的位置可以是最优位置，以产生在被施加来自写头的磁性写场的记录层区域处的必要的辅助磁场。因为通过包围写头线圈的磁轭给STO供给电流，必须在磁轭中某处有绝缘间隙以闭合电路。在提出的MAMR写头中，这定位在线圈之后的后区域并且在磁轭部和写极之间。然而，该位置提供了相对窄的磁通路径并从而增加磁路的磁阻，这意味着需要更高的写电流和频率响应以获得所需的磁性写场。
所需要的是给STO电流提供导电路径的MAMR写头，但是具有最小的磁阻增加，使得不需要增加写电流。
发明内容
微波辅助磁记录(MAMR)写头的实施例包括具有主极、磁通返回极和尾磁屏蔽的磁轭结构。主极包括写极，该写极在磁盘面对的表面具有尖端；副极(subpole)，该副极具有从磁盘面对的表面凹陷的末端；以及电绝缘层，该电绝缘层在写极和副极之间。自旋转矩振荡器(STO)位于尾屏蔽和写极尖端之间的磁盘面对的表面。写极和副极之间的绝缘层保证STO电流在返回极和写极之间不短路。这保证磁轭结构提供用于供电到STO的电路。导电引线在从磁盘面对的表面凹陷的末端处可连接到写极。电绝缘层可由任意合适的材料组成，例如氧化铝(Al2O3)、SiC、SiN、类金刚石碳(DLC)、SiO2或MgO。利用电绝缘层的主极到写极和副极的分离增加了返回极和写极的接合面积，这降低了磁轭结构的磁阻。
为了更全面地理解本发明的本质和优点，应该结合附图参考下列详细的说明。
附图说明
图1是除去盖子的利用微波辅助磁记录(MAMR)写头而使用的硬盘驱动器的顶部平面图；
图2A是通过横切磁盘上的数据磁道的中心面所取的现有技术的垂直的微波辅助的磁记录(MAMR)写头、读头和记录磁盘的侧剖视图；
图2B是从磁盘所示的图2A的读/写头视图；
图2C是根据现有技术的图2A的2C-2C截面视图并且描绘了在MAMR写头中的磁轭芯撑和主极之间的绝缘层的形状和相对大小；
图3A是根据本发明的实施例的垂直MAMR写头的侧剖视图；
图3B是根据本发明MAMR写头实施例的图3A的3B-3B截面视图并描绘在副极和写极之间的绝缘层形状和相对大小；
图4是把现有技术MAMR写头同本发明的MAMR写头的实施例比较，写头磁场作为写电流的函数的曲线。
具体实施方式
图1是去除盖子的利用微波辅助的磁记录(MAMR)写头而使用的硬盘驱动器10的顶部平面视图。磁盘驱动器10包括支撑主轴14的刚性基底12，该主轴14支撑包括顶盘16的磁盘堆叠。主轴14由主轴电机(未示出)旋转，用于沿曲线箭头105所示方向旋转磁盘。硬盘驱动器10具有至少一个荷载梁组件20，该荷载梁组件20具有集成的引导悬架(ILS)或挠曲部30，该集成的引导悬架(ILS)或挠曲部30具有导电互连迹线或线路的阵列32。荷载梁组件20附接到与E形支撑结构有时称E型块24连接的刚性臂22上。每个挠曲部30附接到空气轴承滑块28上。磁记录读/写头29定位在滑块28的末端或尾表面，滑块28用作头运载器。挠曲部30使得滑块28能够在由旋转的磁盘16产生的空气轴承上“俯仰”或“横滚”。磁盘驱动器10还包括致动器组件40，在枢轴点41处可旋转地安装到刚性基底12。致动器组件40是包括固定到基底12的磁组件42和音圈43的音圈电动机(VCM)致动器。当被控制电路(未示出)激励时，音圈43移动并因此旋转具有附接臂22和荷载梁组件20的E型块24以定位读/写头29到磁盘上的数据磁道。迹线互联阵列32在一端连接到读/写头29并在其另一端连接到包含于固定在E型块24的一侧上的电气模块或芯片50中的读/写电路。芯片50包括读前置放大器和写驱动电路。
图2A是现有技术的通过横切磁盘上数据磁道的中心面所取的垂直MAMR写头、读头和记录磁盘的侧剖视图。如图2A所示，磁盘可以是包括垂直磁性数据记录层(RL)17和在磁盘基片上形成的“软”或相对低矫顽力的磁性渗透下层(SUL)19的“双层”磁盘16。非磁性中间层典型地在RL和SUL之间堆叠。读/写头29典型地形成为在空气轴承滑块28的尾表面25上沉积的一系列的薄膜，该空气轴承滑块28具有在磁盘16表面之上支撑的其空气轴承表面(ABS)。读/写头29包括磁阻(MR)读头29a和MAMR写头29b。MR读头29a包括定位在磁屏蔽S1和S2之间的MR传感器181并先于构成MAMR写头29b的层的沉积来沉积到滑块28的尾端25。
MAMR写头29b是单个写极型的垂直磁记录(PMR)写头并包括磁轭结构，该磁轭结构具有包括带有极尖141的写极(WP)140的主极134、磁通返回极135、尾屏蔽170、以及连接主极134和返回极135的磁轭芯撑137。MAMR写头29b还可包括在ABS处的首屏蔽138。主极134、写极140、返回极135、尾屏蔽170和首屏蔽138由铁磁合金形成，典型地NiFe、CoFe或NiFeCo合金。电绝缘层136位于磁轭芯撑137和主极134之间。STO175大致定位在尾屏蔽170和写极尖端141之间的ABS处。写头29b也包括薄膜线圈，其截面在剖面图中示为在返回极135和主极134之间的线圈139的各部分。写线圈139是“薄饼”线圈，在其中所有的线圈部分在大致相同的平面中并且卷绕磁轭芯撑137，但是可替换地，线圈可以是卷绕主极134的螺旋线圈。WP140是主极134的部分，并且具有大致在面对磁盘16外表面的ABS处的极尖端141。通过线圈139的写电流感生磁场(由虚线160表示)，该磁场从经过RL16(磁化在WP尖端141下面的RL16区域)的WP尖端141，经过由SUL19提供的磁通回流路径，并回到返回极135。在写磁场施加到RL17的同时，STO175施加辅助交流磁场到RL17。这导致改进RL17中的颗粒的磁化切换的微波辅助的磁记录(MAMR)。RL17示出为垂直记录的或磁化的区域，如箭头所表示，该区域具有相反磁化方向的相邻区域。在相邻的反向磁化区之间的磁性转换是可以由MR传感器181检测为所记录的比特。
图2B示出了从磁盘16看的读/写头29。ABS是滑块28的记录层面对的表面，大体正交于尾表面25，并且示出没有通常存在于实际的滑块中的薄的保护层。记录层面对的表面是指覆盖了薄保护层的滑块28的表面、当没有涂层时的实际滑块的外表面或涂层的外表面。表述“大致在记录层面对的表面”是指实际在该表面处或从表面稍微凹进。磁盘16(图2A)相对读/写头29沿方向105移动，这被称为沿磁道方向。垂直于方向105并平行于ABS平面的方向被称为交叉轨道方向。WP尖端141在交叉轨道方向的宽度大致限定了在RL17中的数据轨道的轨道宽度(TW)(图2A)。TS170改变写场的角度而且改变其梯度，因此使得写更加有效。
MAMR写头的自旋转矩振荡器(STO)175位于尾屏蔽170和WP尖端141之间。STO175是众所周知的并且其细节不是本发明的部分。例如在US7,982,996B2和US2013/0083423A1中以及由J.G.Zhu等的"MicrowaveAssistedMagneticRecording",IEEETransactionsonMagnetics,Vol.44,No.1,January2008,pp.125-131描述了对于MAMR的STO。未示出STO175的电流源，但是包括连接到返回极135和主极134的引线。如箭头190所示(图2A)，用于供给电流到STO175的电路包括返回极135、尾屏蔽170、WP140和主极134。在磁轭芯撑137和主极134之间的绝缘层136保证电流在返回极135和主极134之间不短路。虽然绝缘层136在线圈139背后的区域中的位置使得绝缘层能够相对容易地形成，但是在磁轭芯撑137和主极134之间的面积相对小。这降低了从返回极135到主极134的磁通，并从而增加磁路的磁阻。图2C是图2A的2C-2C剖面图并且描绘了在磁轭芯撑137和主极134之间的绝缘层136的形状和相对大小。
在图3A中示出了根据本发明的MAMR写头的实施例，图3A是通过横切在磁盘上数据轨道的中心面所取的侧剖视图。MAMR写头200的各部分类似于在图2A-图2B中的MAMR写头29b的各部分。因而MAMR写头200包括磁轭结构，该磁轭结构具有包括带有极尖端241的写极(WP)240的主极234、磁通返回极235、尾屏蔽270、磁轭芯撑237和首屏蔽238。STO275定位在尾屏蔽270和写极尖端241之间的ABS处。然而，没有如把磁轭芯撑237和主极234连接的层136的绝缘层(图2A)。作为代替，磁轭芯撑237直接连接并磁耦合至主极234。在本发明的实施例中，主极234包括写极240、副极246以及写极240和副极246之间的绝缘层244。写极240和副极246由铁磁合金组成，如NiFe,CoFeorNiFeCo合金。副极246使其面对ABS的末端从ABS凹进并且比写极240厚。在副极246和写极240之间的绝缘层244保证电流在返回极235和写极240之间不短路。这保证了供给电流到STO275的电路。导电引线277连接到写极240并且在写极240和电绝缘层244之间。可由例如Cu、Au或Pd形成的引线277被连接到STO电源(未示出)。可替换地，写极可直接地连接STO电源。如箭头290所示，供给电流到STO275的电路包括返回极235、尾屏蔽270、WP尖端241、写极240和引线277。电绝缘层244可由任意合适的材料形成，例如氧化铝(Al2O3)、SiC、SiN、类金刚石碳(DLC)、SiO2或MgO。电绝缘层244具有优选的大于或等于2mm的厚度。通过利用绝缘层244把主极234分成副极246和写极240，能够增加在返回极和写极之间的接合面积。图3B是图3A的3B-3B剖面视图并且描绘了用于限定返回极235和写极240之间接合的绝缘层246的形状和相对大小。该接合提供了比在图2C的现有技术中的磁轭芯撑137和主极134之间的接合面积大得多的面积。因此，减小了磁路的磁阻并增加了从返回极235到写极240的磁通。
图4是把图2A的现有技术MAMR写头与示出在图3A中的本发明的实施例相比而言作为写电流的函数的写头磁场的曲线。根据本发明的实施例，对于相同的写电流，可实现写头场的约500Oe的增加。这意味着为MAMR写头设计的写头场，能够用大幅减少的写电流实现。更低的写电流使期望的，因众所周知，高写电流水平可导致相邻和远磁道干扰，即改写正被写轨道之外的各轨道中先前写入的数据。
虽然参考优选的实施例已经具体地示出和描述本发明，本领域的技术人员应该理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出各种形式和细节的改变。所以，公开的发明被认为仅仅是示例的，并且仅由权利要求书中所规定的范围来限定。

Claims (13)

1.用于磁化磁记录层中区域的微波辅助磁记录(MAMR)写头，所述写头包括：
头运载器，所述头运载器具有大体平面的第一表面和大体正交于所述第一表面的面对记录层的表面；
在所述第一表面上的主极，所述主极包括写极、副极和电绝缘层，所述写极具有大致在记录层面对的表面处的尖端，所述电绝缘层在所述写极和所述副极之间；
返回极，所述返回极磁耦合至所述副极并具有大致在所述记录层面对的表面处的末端；
导电线圈，所述导电线圈在所述主极和所述返回极之间；
尾屏蔽，所述尾屏蔽大致在所述记录层面对的表面处并磁耦合至所述返回极；以及
自旋转矩振荡器(STO)，所述自旋转矩振荡器大致在所述尾屏蔽和写极尖端之间的所述记录层面对的表面；
其中，所述返回极、尾屏蔽和写极提供电流至所述STO的导电路径。
2.根据权利要求1所述的头，其中，所述副极具有面对所述记录层面对的表面但是从所述记录层面对的表面凹陷的末端。
3.根据权利要求1所述的头，其中，所述副极的厚度大于所述写极的厚度。
4.根据权利要求1所述的头，其中，所述电绝缘层的厚度大于或等于2mm。
5.根据权利要求1所述的头，其中，所述电绝缘层是由Al2O3、SiC、SiN、类金刚石碳(DLC)、SiO2和MgO中选出的材料所形成。
6.根据权利要求1所述的头，还包括从所述记录层面对的表面凹陷的区域处连接到所述写极的导电引线。
7.根据权利要求1所述的头，还包括大致在所述记录层面对的表面处的首屏蔽，所述写极尖端位于所述首屏蔽和所述尾屏蔽之间。
8.一种MAMR系统包括：
根据权利要求1所述的写头；以及
磁记录介质，所述磁记录介质具有垂直磁记录层。
9.用于磁化磁记录盘的垂直磁记录层中区域的微波辅助磁记录(MAMR)写头，所述写头包括：
滑块，所述滑块具有尾表面和大体正交于所述尾表面的空气轴承表面(ABS)；
主极，所述主极包括写极、电绝缘层和副极，该写极在所述尾表面上并且具有大致在所述ABS处的尖端以及从所述ABS凹陷的末端，该电绝缘层在所述写极上，该副极在所述绝缘层上并具有面对所述ABS但是从所述ABS凹陷的末端；
导电引线，所述导电引线在从所述ABS凹陷的末端处连接到所述写极；
返回极，所述返回极磁耦合至所述副极并具有大致在所述ABS处的末端；
导电线圈，所述导电线圈在所述主极和所述返回极之间；
尾屏蔽，所述尾屏蔽大致在所述ABS处并磁耦合至所述返回极；以及
自旋转矩振荡器(STO)，所述自旋转矩振荡器大致在所述尾屏蔽和写极尖端之间的记录层面对的表面；
其中，所述返回极、尾屏蔽、写极尖端、写极和导电引线提供电流至所述STO的导电路径。
10.根据权利要求9所述的头，其中，所述副极的厚度大于所述写极的厚度。
11.根据权利要求9所述的头，其中，所述电绝缘层的厚度大于或等于2mm。
12.根据权利要求9所述的头，其中，所述电绝缘层是由Al2O3、SiC、SiN、类金刚石碳(DLC)、SiO2和MgO中选出的材料所形成。
13.根据权利要求9所述的头，还包括大致在所述ABS处的首屏蔽，所述写极尖端位于所述首屏蔽和所述尾屏蔽之间。
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