CN105788613A - 用于微波辅助的磁记录的设有低驱动电压的自旋转矩振荡器的磁头 - Google Patents
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Abstract
用于微波辅助的磁记录的设有低驱动电压的自旋转矩振荡器的磁头。本文中公开的实施例一般地涉及一种MAMR头。MAMR头包括STO。STO具有在面对介质的表面处的第一表面，并且第一表面的一部分具有梯形的形状。利用这种构造，梯形部分的锐角提供STO在面对介质的表面处的更大的宽度，这保护主磁极在STO的制造期间以防过刻蚀。另外，第一表面的梯形部分的锐角是足够大的以保持低STO驱动电压，并且给MAMR头提供长操作寿命和更高的可靠性。
Description
技术领域
在本文中公开的实施例一般地涉及一种采用微波辅助的磁记录(MAMR)头的磁盘设备。
背景技术
在过去的几年中，已经研究MAMR作为改进磁读取/写入设备诸如硬盘驱动器(HDD)的面密度的记录方法。支持MAMR的磁记录头使用自旋转矩振荡器(STO)用于产生微波(高频AC磁场)。当施加来自写入头的磁场并且电流被传导至STO时，STO振荡并且可将AC磁场提供至介质。AC磁场可减少记录介质的矫顽力，因而通过MAMR可以实现高质量记录。典型地，STO包括：自旋极化层(SPL)，该自旋极化层用于传输自旋极化的转矩；场生成层(FGL)，该场生成层用于生成AC磁场；以及中间层，该中间层布置在SPL和FGL之间。
为了实现更高的面密度和更长的操作寿命，需要改进的STO结构。
发明内容
本文中公开的实施例一般地涉及MAMR头。MAMR头包括STO。STO具有在面对介质的表面处的第一表面，并且第一表面的一部分具有梯形的形状。利用这种构造，梯形部分的锐角提供STO在面对介质的表面处的更大的宽度，这保护主磁极在STO的制造期间以防过刻蚀。另外，第一表面的梯形部分的锐角是足够大的以保持低STO驱动电压并且给MAMR头提供长操作寿命和更高的可靠性。
在一个实施例中，MAMR头包括主磁极和STO。STO包括在面对介质的表面处的第一表面，第一表面具有邻接主磁极的第一部分，并且第一部分具有梯形的形状。
在另一个实施例中，MAMR头包括主磁极和STO。STO包括：在面对介质的表面处的第一表面；邻接第一表面的第二表面，并且第二表面布置在主磁极上。STO进一步包括邻接第一表面的第三表面，并且第二表面和第三表面形成第一锐角。STO进一步包括邻接第一表面的第四表面，并且第二表面和第四表面形成第二锐角。
在另一个实施例中，HDD包括磁介质、磁读取头以及磁写入头。磁读取头和磁写入头包括面对介质的表面，并且磁写入头进一步包括STO。STO具有在面对介质的表面处的第一表面，第一表面具有邻接主磁极的第一部分，并且第一部分具有梯形的形状。
附图说明
因此可以通过参考其中一些在附图中示出的实施例，以能够详细理解本公开的上述特征的方式、以上简短地概括的本公开的更加具体的描述。然而，应当注意，附图仅示出这个公开的典型实施例并且因此不被认为对其范围的限制，因为本公开可以接纳在涉及磁传感器的任何领域中的其它相同地有效实施例。其中
图1示出根据本文中描述的实施例的磁盘驱动器系统。
图2A是根据本文中描述的一个实施例的图1的磁盘驱动器系统的MAMR读取/写入头和磁介质的分段的横截面侧视图。
图2B是根据本文中描述的一个实施例的图2A的MAMR读取/写入头的MAMR写入头的分段的面对介质的表面视图。
图3A和图3B是示出对于角θ的各种角度的效果的曲线图。
图4A-4C是根据各种实施例的图2B的MAMR写入头的分段的面对介质的表面视图。
图5A-5C是根据本文中描述的各种实施例的图2B的MAMR写入头的分段的横截面侧视图。
图6A-6D是根据各种实施例的STO的面对介质的表面视图。
为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记以指定为附图所共有的相同的元件。预期的是，在没有专门陈述的情况下，在一个实施例中公开的元件可以有益地用于其它实施例。
具体实施方式
在下面参照实施例。然而，应该理解，本公开不限于具体描述的实施例。而以下特征和元件的任何组合，无论是否与不同的实施例有关，被认为实施和执行要求保护的主题。此外，尽管本文中描述的实施例可实现优于其它可能的解决方案和/或优于现有技术，无论是否通过给出的实施例实现具体的优点，都不是对要求保护的主题的限制。因而，以下方面、特征、实施例和优点仅仅是示例性的并且不被认为是所附权利要求书的元件或限制,除非在一个或多个权利要求中明确陈述。
本文中公开的实施例一般地涉及MAMR头。MAMR头包括STO。STO具有在面对介质表面处的第一表面，并且第一表面的一部分具有梯形形状。利用这种构造，梯形的部分的锐角提供STO在面对介质的表面处的更大宽度，这保护主磁极以防在STO的制造期间过刻蚀。另外，第一表面的梯形部分的锐角足够大以保持低STO驱动电压并且给MAMR头提供长操作寿命和更高的可靠性。
图1示出实施本公开的磁盘驱动器100。如所示，至少一个可转动磁介质112被支撑在心轴114上并且被磁盘驱动器电动机118转动。在每个磁盘上的磁记录处于数据轨道的任何合适的模式的形式，诸如在磁介质112上的同心数据轨道(未示出)的环形模式。
至少一个滑块113被设置靠近磁介质112，每个滑块113支撑一个或多个磁头组件121，该磁头组件121可包括STO用于将AC磁场施加于介质表面122。随着磁介质转动，滑块113在介质表面122上时进时出地径向移动使得磁头组件121可访问期望的数据被写入的磁介质112的不同的磁道。每个滑块113通过悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供使滑块113朝向介质表面122偏置的轻微的弹性力。每个致动器臂119附接到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈电动机(VCM)。VCM包括可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度受控于由控制单元129供给的电动机电流信号。
在支持MAMR的磁盘驱动器100的操作期间，磁介质112的转动产生在滑块113和介质表面122之间的空气支承，该空气支承将向上的力或提升施加在滑块113上。因此在正常操作期间，空气支承平衡悬架115的轻微的弹性力，并且支撑滑块113经过小的、基本上恒定的间隔离开和略高于介质112表面。从磁头组件121产生的AC磁场降低高矫顽力介质的矫顽力，使得磁头组件121的写入元件可正确地磁化介质112中的数据比特。
磁盘驱动器100的各种部件在操作中受控于由控制单元129产生的控制信号，诸如访问控制信号和内部时钟信号。典型地，控制单元129包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，诸如在线路123上的驱动器电动机控制信号和在线路128上的磁头定位和搜索控制信号。在线路128上的控制信号提供期望的电流分布以最优地将滑块113移动和定位到介质112上的期望的数据轨道。通过记录通道125，去往和来自组件121上的写入头和读取头的写入信号和读取信号被传输。
典型的磁盘存储系统的以上描述和图1的伴随示例仅是为了表示的目的。应该显而易见的是，磁盘存储系统可以包含大量磁盘和致动器，并且每个致动器可支持许多滑块。
图2A是通过面对磁介质112的MAMR读取/写入头200的中心的分段的横截面侧视图。读取/写入头200可以对应于图1中描述的磁头组件121。读取/写入头200包括面对介质的表面(MFS)212，诸如空气支承表面(ABS)、磁写入头210和磁读取头211，并且被安装使得MFS212面对磁介质112。在图2A中，磁介质112在由箭头232表示的方向上移动经过写入头210，并且读取/写入头200在由箭头234表示的方向上移动。
在一些实施例中，磁读取头211是包括MR传感元件204的磁阻(MR)读取头，该MR传感元件204定位在MR屏蔽S1和S2之间。在其它实施例中，磁读取头211是包括MTJ传感设备204的磁隧道结(MTJ)读取头，该MTJ传感设备204定位在MR屏蔽S1和S2之间。在磁介质112中的邻近的磁化区域的磁场可由MR(或MTJ)传感元件204检测为记录的比特。
写入头210包括：返回极206；主磁极220；尾屏蔽240；STO230，该STO230布置在主磁极220和尾屏蔽240之间；以及线圈218，该线圈218激励主磁极220。线圈218可具有围绕在主磁极220和返回极206之间的背接触缠绕的“薄饼”结构，代替在图2A中示出的“螺旋”结构。尾间隙(未示出)和首间隙(未示出)可以与主磁极接触并且首屏蔽(未示出)可以与首间隙接触。在图2B中详细描述了尾间隙和首间隙以及首屏蔽。记录磁场由主磁极220产生并且尾屏蔽240帮助使主磁极220的磁场梯度成为陡峭的。主磁极220可以是磁性材料诸如FeCo合金。主磁极220可包括尾表面222，该尾表面222可以与尾屏蔽240的首表面242平行，并且STO230可以耦接到主磁极220的尾表面222和尾屏蔽240的首表面242。主磁极220可以是带有尾边缘锥度(TET)构造的锥形的写入磁极(TWP)。在图5B-5C中详细描述了TWP主磁极220。在一个实施例中，主磁极220具有2.4T的饱和的磁化强度(Ms)和约300纳米(nm)的厚度。尾屏蔽240可以是磁性材料诸如NiFe合金。在一个实施例中，尾屏蔽240具有约1.2T的Ms。
图2B是根据一个实施例的写入头210的分段的MFS视图。从MFS212观察，STO230可以布置在主磁极220的尾表面222上并且可由尾间隙254包围。尾屏蔽240可以布置在STO230和尾间隙254上，并且尾屏蔽240可以包围尾间隙254。尾屏蔽240的首表面242可以与STO230接触。主磁极220可以与首间隙252接触，该首间隙252可以与首屏蔽250接触。
STO230可包括在MFS212处的表面256，并且表面256可包括第一部分258和第二部分260。表面256的第一部分258可以邻接主磁极220并且表面256的第二部分260可以邻接尾屏蔽240。在一个实施例中，表面256的第一部分258布置在主磁极220的尾表面222上，并且尾屏蔽240的首表面242布置在表面256的第二部分260上。如图2B所示，第一部分258可具有梯形形状，并且梯形的第一部分258可包括两个锐角θ。锐角θ可大于约38°，诸如在约38°和约85°之间。角θ可以形成在表面262和表面264或266之间。形成在表面262和表面264之间的角可以不与形成在表面262和表面266之间的角相同。表面262可以基本上与在图1中描述的滑块113平行。表面262可以布置在主磁极220的尾表面222上并与其接触，并且邻接表面256的第一部分258。表面264或266可以邻接表面256的第一部分258。STO230可以进一步包括表面268、表面270和表面272。表面268或270可相对于表面262形成角θ1，并且角θ1大于角θ。在一个实施例中，角θ1是约90°并且表面268和270基本上彼此平行。表面256的第二部分260可具有矩形形状。可替换地，角θ1小于90°并且表面268和270基本上不彼此平行。表面272可以与尾屏蔽240的首表面242接触。表面268、270、272可以全部邻接表面256的第二部分260。表面268可以连接到表面264，并且表面270可以连接到表面266。当从MFS212观察时，表面264、266、268、270可每个均具有直线的轮廓。可替换地，当从MFS212观察时，表面264、266、268、270可每个均具有曲线的轮廓，诸如凹形的轮廓。
图3A和图3B是示出对于角θ的各种角度的效果的曲线图。图3A示出对于角θ在各种角度下的AC场和STO电压之间的关系。如图3A所示，对于更大的θ角，AC场在更低的STO电压下增加，并且更低的STO驱动电压导致具有更长操作寿命和更高可靠性的STO。当角θ是90°时，与小于90°的角相比，AC场在最低的STO电压下增加最多。然而，当角是90°时，主磁极220可能在STO230的制造期间在主磁极220上过刻蚀，导致MAMR写入头210的写入能力的劣化。为了减少在STO230的制造期间主磁极220的过刻蚀，角θ可以小于90°。因而，期望的是，角θ是小于90°的锐角。图3B示出在AC场起晕电压(onsetvoltage)(Vosc增加)下的角θ与为在图2B中示出的STO230的第一部分258的SPL的垂直的磁各向异性常数Ku之间的关系。如图3B所示，当在自旋极化中没有显著的劣化的情况下SPL具有低饱和磁化强度Ms时，对于开始振荡的角θ的最小角是约38°。因此，在约38°和90°之间的角θ是有利的。另外，在STO230的一个示例中，随着来自SPL和FGL的自旋传递转矩效应彼此作用，SPL和FGL开始振荡。典型地，SPL具有饱和磁化强度Ms和厚度t的更小的乘积(Ms×t)，并且应该首先在更低的STO驱动电压下开始振荡。然而，如果梯形的第一部分258是SPL并且第二部分260的一部分是FGL，在MFS212处的SPL的一部分的宽度大于在MFS212处的FGL的宽度。由于不接收来自FGL的自旋传递转矩效应的SPL的突出部分，更宽的SPL(即更小的角θ)增加STO驱动电压。如果角θ小于约38°，STO驱动电压会太高，这劣化MAMR头的操作寿命。因而，角θ可以大于约38°，诸如在约38°和约85°之间。
图4A-4C是根据各个实施例的写入头210的分段的MFS视图。如图4A所示，主磁极220的尾表面222具有在MFS212处的宽度W1，STO230的表面262、或表面256的梯形的第一部分258的底边具有在MFS212处的宽度W2，并且STO230的表面256的第二部分260、或梯形的第一部分258的顶边具有在MFS212处的宽度W3。宽度W1可以大于宽度W2，该宽度W2可以大于宽度W3。在这种构造中，因为主磁极220的宽度W1大于STO230的宽度W3，不存在将不均匀的磁场从主磁极220施加到STO230的风险。过刻蚀主磁极220的风险可以通过最优化STO230的刻蚀过程而被最小化。STO230的最优化的刻蚀过程可包括更短的刻蚀时间、并且也对于在带有TET的主磁极220上的STO230的更厚的抗蚀掩膜，这导致邻接主磁极220的表面256的梯形的第一部分258。因为减少了刻蚀时间，具有大于W3的宽度的STO230的部分未通过刻蚀过程移除，从而保护布置在其下面的主磁极220。由于梯形的第一部分258，主磁极220未被过刻蚀，从而导致最小化MAMR写入头210的写入能力的劣化并且实现更高的面密度。
在另一个实施例中，如图4B所示，宽度W1小于宽度W2并且大于宽度W3。在这个构造中，不存在将不均匀的磁场从主磁极220施加到STO230的风险，因为主磁极220的宽度W1仍然大于STO230的宽度W3。同样不存在过刻蚀主磁极220的风险，因为STO230的宽度W2大于主磁极220的宽度W1。在另一个实施例中，如图4C所示，宽度W1小于宽度W3，该宽度W3小于宽度W2。在这个构造中，不存在过刻蚀主磁极220的风险，因为主磁极220的宽度W1小于STO230的宽度W2。然而，存在将不均匀磁场从主磁极220施加到STO230的风险，因为主磁极220的宽度W1小于STO230的宽度W3。因而，为了消除或减少将不均匀的磁场从主磁极220施加到STO230的风险和过刻蚀主磁极220的风险两者，主磁极220的宽度W1应该大于STO230的宽度W3。主磁极220的宽度W1可以大于或小于STO230的宽度W2。
图5A-5C是根据各个实施例的写入头210的分段的横截面侧视图。如图5A所示，STO230包括在MFS212处的表面256以及与表面256相对的表面502。表面502可包括第一部分504和第二部分506。第一部分504和第二部分506可不是共面的。表面502的第一部分504可与图2B中描述的表面256的第一部分258对应并且可与表面262形成锐角θ2。角θ2可以是任何合适的锐角。然而，锐角θ2可以不与图2B中描述的锐角θ相同。表面502的第二部分506可以基本上与表面262垂直。
图5B示出根据一个实施例的具有TET的TWP主磁极220。代替具有基本上与MFS212垂直的尾表面222，TWP主磁极220包括基本上不与MFS212垂直的锥形的尾表面508。尾屏蔽240可包括基本上与锥形的尾表面508平行的锥形的首表面510。STO230可耦接到主磁极220的锥形的尾表面508和尾屏蔽240的锥形的首表面510。STO230的表面262可布置在锥形的尾表面508上并且与其接触。而且STO230可包括与表面256相对的表面502，并且表面502包括第一部分504和第二部分506。表面502的第一部分504可与表面262形成锐角θ2。
图5C示出根据另一个实施例的具有TET的TWP主磁极220。如图5C所示，STO230可包括与表面256相对的表面512，并且表面512可以是平面的。表面512可以基本上与表面262垂直。表面512也可以基本上与锥形的尾表面508和锥形的首表面510垂直。当从如图5A-5C所示的侧面观察时，表面504、506、512每个均可具有直线的轮廓。可替换地，当从该侧面观察时，表面504、506、512每个均可具有曲线的轮廓，诸如凹形的轮廓。
图6A-6D是根据各个实施例的STO230的MFS视图。如图6A所示，STO230可包括第一层602、第二层604和第三层606。第一层602可以是SPL，第二层604可以是中间层，并且第三层606可以是FGL。第一层602和第三层606可以由磁性材料诸如含钴和/或含镍的材料制成。第二层604可以由非磁性材料诸如铜制成。第一层602可包括在MFS212处的表面608，并且表面608可以是在图2B中描述的表面256的第一部分258。第一层602可进一步包括表面610、表面612和表面613。表面610、612、613可以分别是在图2B中描述的表面264、266、262。角θ可以形成在表面613和表面612或610之间。而且角θ可以在约38°和约85°之间。
第二层604可包括在MFS212处的表面614、表面618和表面620。第三层606可包括在MFS212处的表面616、表面622、表面624和表面626。表面614、616一起可以是图2B中描述的表面256的第二部分260。表面618、622一起可以是图2B中描述的表面268。表面620、624一起可以是图2B中描述的表面270。表面626可以是图2B中描述的表面272。在一个实施例中，第一层602是SPL并且第三层606是FGL，并且SPL的饱和磁化强度Ms和厚度t1的乘积(Msxt1)大于FGL的饱和磁化强度Ms和厚度t2的乘积(Msxt2)。SPL可以不具有对于SPL层平面的特别的磁各向异性或垂直磁各向异性。在另一个实施例中，第一层602是FGL，第二层604是中间层，并且第三层606是SPL。
图6B是根据另一个实施例的STO230的MFS视图。如图6B所示，STO230可包括第一层602、第二层604和第三层606。不像表面610、612每个均具有在MFS212处的直线的外形，第一层602可包括每个均具有在MFS212处的曲线的外形的表面630、632。而且角θ可形成在表面613和表面630或632之间。
图6C是根据另一个实施例的STO230的MFS视图。如图6C所示，STO可包括晶种层634和包覆层636。第一层602可以布置在晶种层634上，并且晶种层634可以布置在主磁极220上使得晶种层634的表面639可以与主磁极220接触。包覆层636可以布置在第三层606上，并且尾屏蔽240可以布置在包覆层636上。晶种层634可包括可以基本上与表面639垂直的表面638、640。可替换地，表面638可以与第一层602的表面612共面，并且表面640可以与第一层602的表面610共面。
图6D是根据另一个实施例的STO230的MFS视图。如图6D所示，第一层602可以包括分别与晶种层634的表面640、638共面的表面610、612。因而，角θ可形成在表面638或640与表面639之间。第二层604可包括表面642、644，第三层606可包括表面646、648，并且包覆层636可包括表面650、652。表面642、646、650可以是共面的，表面644、648、652可以是共面的，并且表面642、646、650的共面的表面可以基本上不与表面644、648、652的共面的表面平行。第一层602可进一步包括基本上与表面639平行的表面641，并且锐角θ1可形成在表面642或644与表面641之间。而且锐角θ1可大于角θ。
总之，公开了支持MAMR的磁头。MAMR头包括STO，该STO布置在主磁极和尾屏蔽之间。STO具有在面对介质的表面处的第一表面，并且邻接主磁极的第一表面的一部分具有梯形的形状。利用这种构造，主磁极在制造期间不会被过刻蚀，这降低了写入能力的劣化并且增加了面密度。另外，第一表面的梯形的部分的锐角保持低STO驱动电压并且给MAMR头提供长操作寿命和更高的可靠性。
尽管前述是针对本公开的实施例，在不偏离其基本范围的情况下，可以设计其它和进一步的实施例，并且其范围通过所附权利要求来确定。
Claims (20)
1.一种微波辅助的磁记录头，包括：
主磁极；以及
自旋转矩振荡器，其中，所述自旋转矩振荡器包括：
第一表面，所述第一表面在面对介质的表面处，其中，所述第一表面具有邻接所述主磁极的第一部分，并且其中，所述第一部分具有梯形的形状。
2.根据权利要求1所述的微波辅助的磁记录头，还包括尾屏蔽，其中，所述自旋转矩振荡器布置在所述主磁极和所述尾屏蔽之间。
3.根据权利要求2所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述自旋转矩振荡器的所述第一表面还包括第二部分，并且其中，所述第二部分被设置成邻接所述尾屏蔽。
4.根据权利要求3所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述主磁极包括与所述自旋转矩振荡器接触的表面，所述主磁极的该表面具有在所述面对介质的表面处的宽度，并且所述主磁极的该表面的该宽度大于所述自旋转矩振荡器的所述第一表面的所述第二部分在所述面对介质的表面处的宽度。
5.根据权利要求4所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述主磁极的所述表面的宽度大于所述自旋转矩振荡器的梯形的第一部分的底边在所述面对介质的表面处的宽度。
6.根据权利要求4所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述主磁极的所述表面的宽度小于所述自旋转矩振荡器的梯形的第一部分的底边在所述面对介质的表面处的宽度。
7.根据权利要求1所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述第一部分包括两个锐角。
8.根据权利要求7所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述锐角的每个都在约38°和约85°之间。
9.一种微波辅助的磁记录头，包括：
主磁极；以及
自旋转矩振荡器，其中，所述自旋转矩振荡器包括：
在面对介质的表面处的第一表面；
邻接所述第一表面的第二表面，其中，所述第二表面布置在所述主磁极上；
邻接所述第一表面的第三表面，其中，所述第二表面和所述第三表面形成第一锐角；以及
邻接所述第一表面的第四表面，其中所述第二表面和所述第四表面形成第二锐角。
10.根据权利要求9所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述第一锐角和所述第二锐角两者都在约38°和约85°之间。
11.根据权利要求9所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述自旋转矩振荡器还包括第五表面，其中，所述第五表面与所述第一表面相对。
12.根据权利要求11所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述第二表面和所述第五表面形成锐角。
13.根据权利要求11所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述第五表面基本上与所述第二表面垂直。
14.根据权利要求9所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述自旋转矩振荡器包括自旋极化层、场生成层以及中间层，所述中间层布置在所述自旋极化层和所述场生成层之间。
15.根据权利要求14所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述自旋极化层包括所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面。
16.根据权利要求14所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述场生成层包括所述第二表面、所述第三表面和所述第四表面。
17.根据权利要求9所述的微波辅助的磁记录头，其中，所述第三表面和所述第四表面的每个均具有在所述面对介质的表面处的曲线外形。
18.一种硬盘驱动器，包括：
磁介质；
磁读取头；以及
磁写入头，其中，所述磁读取头和所述磁写入头包括面对介质的表面，并且所述磁写入头还包括自旋转矩振荡器，其中，所述自旋转矩振荡器具有：
在所述面对介质的表面处的第一表面，其中，所述第一表面具有邻接主磁极的第一部分，并且其中，所述第一部分具有梯形的形状。
19.根据权利要求18所述的硬盘驱动器，其中，所述第一部分包括两个锐角。
20.根据权利要求19所述的硬盘驱动器，其中，所述锐角的每个都在38°和85°之间。
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