CN118318268A - 采用粗糙化前缘浅阶状件以增强粒子鲁棒性的滑块空气轴承设计 - Google Patents

采用粗糙化前缘浅阶状件以增强粒子鲁棒性的滑块空气轴承设计 Download PDF

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CN118318268A CN202280075435.5A CN202280075435A CN118318268A CN 118318268 A CN118318268 A CN 118318268A CN 202280075435 A CN202280075435 A CN 202280075435A CN 118318268 A CN118318268 A CN 118318268A
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Abstract

本文描述了促进粒子迁移率以提高粒子鲁棒性的滑块和数据存储设备。在一些实施方案中，数据存储设备包括记录介质和滑块。滑块空气轴承表面的接近前缘的表面包括至少一个粗糙化特征，该至少一个粗糙化特征使该表面比该滑块的其它表面更粗糙，以促进粒子迁移率。该粗糙化特征可包括规则或不规则图案，并且该粗糙化特征可在制造过程中使用光致抗蚀剂掩模来产生，使得该表面被有意地制成比该滑块的前垫的表面更粗糙(例如，具有更高的摩擦系数)。

Description

采用粗糙化前缘浅阶状件以增强粒子鲁棒性的滑块空气轴承 设计
相关申请的交叉引用
出于所有目的，本申请要求2022年2月28日提交的名称为“采用粗糙化前缘浅阶状件以增强粒子鲁棒性的滑块空气轴承设计(SLIDER AIR BEARING DESIGN WITH ROUGHENEDLEADING EDGE SHALLOW STEP FOR ENHANCED PARTICLE ROBUSTNESS)”的美国非临时申请第17/652,872号的全部内容的权益并据此将这些内容以引用方式并入以用于所有目的。
背景技术
数据存储系统用于存储大量信息。数据存储系统通常包括用于检索和存储信息的读取/写入转换器。一些数据存储系统使用旋转存储设备，诸如旋转光学设备(例如，CD和DVD驱动器)或包含旋转磁盘(也称为盘片或介质)的硬盘驱动器。在一些此类数据存储系统中，悬置滑块支撑包括读取/写入转换器的磁头。滑块为磁头提供机械支撑以及磁头与数据存储系统的其余部分之间的电连接。
当数据存储系统在操作中时，滑块漂浮在高速旋转的记录介质(例如，硬盘驱动器中的硬盘)上方一小段距离处。数据存储系统的部件将滑块且因此将磁头移动到旋转介质的表面上方的期望径向位置，且磁头读取或写入信息。在磁盘以其操作速度旋转时，滑块坐置在形成在介质的表面上方的空气或气体垫或轴承上。滑块具有面向介质的空气轴承表面(ABS)。ABS被设计成产生抵消朝向介质推动滑块的预负载偏置的空气轴承力。ABS使滑块在介质上方飞行并与介质脱离接触。
许多数据存储设备，例如硬盘驱动器在标准空气(例如氮气、氧气和水蒸气混合物)气氛中操作。在硬盘驱动器中以每分钟高转速旋转磁盘以抵抗空气气氛的摩擦在很大程度上效率低下，并且需要一定量的功率。作为替代方案，数据存储设备，例如硬盘驱动器可填充有低密度气体，例如氦气，且被密封以控制且维持设备的内部环境，且防止氦气从数据存储设备的内部逸出。密封会减少或防止内部气体从存储设备内泄漏。密度大约为空气的七分之一的氦气的使用减小了设备中的摩擦和振动，从而减小了曳力和湍流。因此，通过在低密度气氛，例如氦气或氦气混合物的气氛中运行硬盘驱动器，磁盘上的摩擦减小，从而使得磁盘以与在标准空气条件下操作的驱动器中的磁盘类似的速率旋转所需的功率减小。氦气的使用还降低了驱动器的工作温度以及由驱动器产生的噪音。
然而，密封氦气驱动器中较低的环境压力给数据存储设备带来了挑战。例如，当在氦气或氦气混合物而不是空气中操作时，由于粒子迁移率降低(由于压力梯度较小且剪应力较小)，记录介质的表面可能更容易受到粒子划痕的影响。粒子、润滑油残留物、污染物和/或污渍可能会积聚在ABS上，并损坏记录介质或导致存储在介质上的数据被擦除。因此，持续需要提供提高的粒子鲁棒性的滑块设计。
发明内容
本概述代表本发明的非限制性实施方案。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，该滑块还包括：前缘表面；和面向介质的表面，该面向介质的表面包括多个表面，该多个表面包括：第一表面，其中该第一表面基本上垂直于该前缘表面，并且在该面向介质的表面的该多个表面中，该第一表面被构造成位于最靠近记录介质处；以及第二表面，该第二表面邻近该前缘表面且基本上垂直于该前缘表面，其中该第二表面从该第一表面凹进，其中该第二表面包括至少一个粗糙化特征，该至少一个粗糙化特征使得该第二表面的至少一部分具有比该第一表面更高的摩擦系数。在一些实施方案中，本文所描述的技术涉及一种包括该滑块和该记录介质的数据存储设备。在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种数据存储设备，该数据存储设备还包括：氦气，该氦气在该记录介质与该滑块之间，其中该数据存储设备被密封以防止该氦气从该数据存储设备的内部逸出。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该至少一个粗糙化特征在该第二表面中每1000μm2包括至少6个孔。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中每1000μm2至少6个孔中的每个孔具有至少2nm的深度。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该第一表面与该第二表面之间的凹进距离在大约50nm与大约300nm之间。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该至少一个粗糙化特征包括图案。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案包括多个凹坑。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案每1000μm2包括至少6个孔。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该每1000μm2至少6个孔中的至少两个孔具有基本上相同的形状。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中图案的至少一部分相对于该第二表面的深度为至少2nm。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案包括棋盘格。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案包括多个凹槽。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案是不规则的。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案的第一部分具有第一深度，且该图案的第二部分具有第二深度，其中该第一深度不同于该第二深度。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，该滑块包括：前缘表面；非图案化表面，该非图案化表面基本上垂直于该前缘表面且从该前缘表面凹进；以及图案化表面，该图案化表面邻近且基本上垂直于该前缘表面，其中该图案化表面包括图案。在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种数据存储设备，该数据存储设备包括滑块和定位成面向该图案化表面和该非图案化表面的记录介质。在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种数据存储设备，该数据存储设备还包括：氦气，该氦气在该记录介质与该滑块之间，其中该数据存储设备被密封以防止该氦气从该数据存储设备的内部逸出。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案每1000μm2包括至少6个孔。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该每1000μm2至少6个孔中的至少两个孔具有基本上相同的形状。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该每1000μm2至少6个孔中的至少一个孔的深度为至少2nm。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案包括多个凹槽。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案为棋盘格图案。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，该滑块还包括：粒子捕获结构，该粒子捕获结构邻近该图案化表面，其中，在该非图案化表面和该图案化表面向上取向的取向中，该粒子捕获结构包括在该图案化表面下方延伸的至少一个空腔。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该图案的最大深度在大约2nm与大约2μm之间，并且其中该至少一个空腔相对于该非图案化表面的深度为至少200nm。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该滑块包括多个表面，该多个表面包括第一表面和第二表面，其中，在该滑块的空气轴承表面向上取向的取向中，该第二表面在该第一表面下方，并且其中该非图案化表面包括在该第一表面中，且该图案化表面包括在该第二表面中。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种滑块，其中该第一表面与该第二表面之间的高度差在大约50nm与大约300nm之间。
在一些方面中，本文所描述的技术涉及一种制造包括图案化表面的滑块的方法，该方法包括：将掩模施加到晶片上，其中该掩模限定该图案；以及在该掩模处于适当位置时，执行离子铣削步骤以产生该图案。
附图说明
通过结合附图对某些实施方案的以下描述，本公开的目的、特征和优点将变得显而易见，其中：
图1是示出数据存储设备的示例的平面图，该示例可包括本文所公开的一个或多个实施方案。
图2是图1中所示的滑块和记录介质的侧视图。
图3A是根据一些实施方案的示例性滑块的ABS视图。
图3B是图3A中所示的示例性滑块的等轴视图。
图3C是图3A和图3B中所示的示例性滑块的一部分的横截面视图。
图4A是根据一些实施方案的另一示例性滑块的ABS视图。
图4B是图4A中所示的示例性滑块的等轴视图。
图4C是图4A和图4B中所示的滑块的一部分的横截面视图。
图5是示出根据一些实施方案的可用于制造具有粗糙表面的滑块的实施方案的示例性方法的一部分的流程图。
为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。此外，在一个附图的上下文中对一个要素的描述适用于例示该要素的其他附图。
具体实施方式
本文公开了减轻数据存储设备中粒子的有害影响的滑块。所公开的技术可用于例如提高数据存储系统在低压气氛中的粒子性能。还公开了制造提供提高的粒子鲁棒性的滑块的方法，以及包括这种滑块的数据存储设备。本文的公开内容可用于通过促进在滑块的ABS上方的粒子迁移率来提高滑块和数据存储设备的粒子鲁棒性。应当理解，本文中使用的传统术语“空气轴承表面”和“ABS”是指滑块的面向介质的表面，而不管数据存储设备是在空气中还是在低压气氛中(例如，在氦气或其它比空气轻的气体中)操作。
图1是示出数据存储设备500的示例的平面图，该数据存储设备示出为硬盘驱动器，该示例可包括本文所公开的一个或多个实施方案。图1示出包括滑块525的数据存储设备500的部件的功能布置的示例，该滑块包括记录磁头540。记录磁头540(在本文中也可称为转换器或读取/写入转换器)包括用于分别写入和读取存储在数据存储设备500的记录介质520上的信息的写入元件和读取元件。数据存储设备500包括至少一个磁头万向节组件(HGA)510，该HGA包括滑块525、附接到滑块525的悬架和致动器臂530以及附接到悬架和致动器臂530的负载梁535。数据存储设备500还包括：至少一个记录介质520，其可旋转地安装在主轴524上，该至少一个记录介质可例如为磁性记录介质；以及驱动马达(未展示)，其附接到主轴524以用于旋转记录介质520。可利用磁盘夹具528将可包括多个磁盘的记录介质520附连到主轴524。
数据存储设备500还包括附接到HGA 510的臂532、滑架534、包括具有附接到滑架534的音圈541的电枢536的音圈马达(VCM)以及包括音圈磁体的定子544。VCM的电枢536附接到滑架534且被构造成移动臂532和HGA 510以访问记录介质520的部分。滑架534利用插置的枢轴轴承组件562安装在枢轴548上。就具有多个磁盘(有时也称为“盘片”)的HDD而言，滑架534可称为“E形块”或梳齿，因为滑架534被布置成承载联动的臂阵列(臂532的多个例子)，从而使之呈现梳齿的外观。
包括具有滑块525耦接到的悬架弯曲部、悬架耦接到的致动器臂(例如，臂532)以及致动器臂耦接到的致动器(例如，VCM)的磁头万向节组件(例如，HGA 510)的组件可统称为磁头堆叠组件(HSA)。HSA还包括悬架后部。通常，HSA是被构造成移动滑块525以使得记录磁头540能够访问记录介质520(例如，磁性记录磁盘)的部分以用于读取和写入操作的组件。
根据一些实施方案，电信号(例如，到VCM的音圈541的电流、写入到记录磁头540的信号以及从该记录磁头读取的信号等)由柔性互连电缆556(其也可称为“柔性电缆”)提供。柔性电缆556与记录磁头540之间的互连件可由臂电子(AE)模块560提供，该AE模块可具有读取信号的板载前置放大器以及其它读取通道和写入通道电子部件。AE模块560可附接到滑架534，如图所示。柔性电缆556耦接到电连接器块564，该电连接器块通过由数据存储设备外壳568提供的电子穿通件提供电连通。数据存储设备外壳568与盖(未展示)的结合提供了用于数据存储设备500的信息存储部件的密封保护壳体。
根据一些实施方案，包括磁盘控制器和诸如数字信号处理器(DSP)等伺服电子器件的其它电子部件向驱动马达、VCM的音圈541以及HGA 510的记录磁头540提供电信号。提供到驱动马达的电信号使得驱动马达能够旋转，从而向主轴524提供扭矩，该扭矩继而传输到通过磁盘夹具528附连到主轴524的记录介质520；因此，记录介质520在一方向572上旋转。因为旋转，记录介质520形成空气垫，该空气垫充当滑块525的空气轴承表面(ABS)坐置于其上的空气轴承，使得滑块525在记录介质520的表面上方飞行，而不与记录介质520的其上记录有信息的薄磁性记录层进行接触。
提供到VCM的音圈541的电信号使得HGA 510的记录磁头540能够访问其上记录有信息的磁道576。因此，VCM的电枢536摆动经过圆弧580，这使得通过臂532附接到电枢536的HGA 510能够访问记录介质520上的各个磁道。信息存储在记录介质520上的多个扇区化磁道中，这些扇区化磁道被布置在记录介质520上的扇区，例如扇区584中。对应地，每个磁道由多个扇区化磁道部分，例如扇区化磁道部分588构成。每个扇区化磁道部分588包括所记录的数据和磁头，该磁头包含例如ABCD伺服突发信号模式等伺服突发信号模式、标识磁道576的信息以及纠错码信息。在访问磁道576时，HGA 510的记录磁头540的读取元件读取伺服突发信号模式，该伺服突发信号模式向伺服电子器件提供位置错误信号(PES)，这会控制提供到VCM的音圈541的电信号，从而使得记录磁头540能够沿着磁道576。在找到磁道576并标识特定的扇区化磁道部分588时，记录磁头540根据由磁盘控制器从外部代理，例如计算机系统的数据存储设备500连接到的微处理器接收的指令从磁道576读取数据或者将数据写入磁道576。
为了读取存储在记录介质520上的信息，记录磁头540可包括仅一个读取传感器，或者该记录磁头可包括多个读取传感器。记录磁头540中的(多个)读取传感器可包括例如一个或多个巨磁阻(GMR)传感器、隧穿磁阻(TMR)传感器或另一种类型的磁阻传感器。当滑块525经过记录介质520上的磁道576上方时，记录磁头540检测由于记录在记录介质520上的磁场变化而引起的电阻变化，该磁场变化表示所记录的位。
数据存储设备500有时可以被称为“混合驱动器”。混合驱动器通常是指具有传统硬盘驱动器(HDD)连同使用非易失性存储器(诸如闪存或其它固态(例如，集成电路)存储器)的固态存储设备(SSD)(其为电可擦除和可编程的)两者的功能的存储设备。因为不同类型的存储介质的操作、管理和控制通常不同，因此混合驱动器的固态部分可包括其自身对应的控制器功能，该控制器功能可与HDD功能一起集成到单个控制器中。混合驱动器可被构建和被构造为以多种方式操作并利用固态部分，诸如作为非限制性示例，将固态存储器用作高速缓存存储器，用于存储频繁访问的数据，用于存储I/O密集数据等。另外，混合驱动器可被构建和被构造为基本上作为单个壳体中的两个存储设备，例如传统HDD和SSD，具有用于主机连接的一个或多个接口。
图2是根据一些实施方案的图1中所示的数据存储设备500的滑块525和记录介质520的侧视图。滑块525可包括本文所公开的一个或多个实施方案。记录介质520在箭头A的方向上移动，并使气流在同一方向上。此气流流过滑块525的ABS150，并产生上述提升压力。在一些实施方案中，滑块525包括凸起区域，例如前垫220、一个或多个侧垫160和后垫180。邻近滑块525的后缘表面122定位的后垫180还可包括将数据写入记录介质520和从该记录介质读取数据的记录磁头540。记录介质520在其上表面具有润滑剂590，以保护记录介质520的记录层不与滑块525和/或数据存储设备500的其它部件接触。
对于在空气中操作的数据存储设备(例如，硬盘驱动器)和在低压环境中操作的数据存储设备(例如，密封的氦气驱动器)两者而言，粒子积聚可能是一个严重的问题。该问题在低压环境中可能尤其严重。粒子倾向于积聚在滑块525的前缘表面处，特别是靠近前垫220的区域中。这些粒子可能会接触记录介质520，这可能导致对记录介质520造成损坏。一些类型的粒子(例如，诸如金刚石、氧化铝、TiC等较硬粒子)在接触记录介质520时很可能会刮擦到该记录介质。其它类型的粒子(例如，诸如硅、不锈钢、润滑剂590等较软粒子)不太可能对记录介质520造成可检测到的物理损坏，但是由于热应力和/或机械应力，它们仍然可能造成所记录的磁性信息被擦除。
为了获得良好的性能，特别是在填充有密度比空气低的气体(例如，氦气)的数据存储设备500中，期望滑块525靠近记录介质520的表面飞行。但是随着滑块525与记录介质520之间的距离减小，粒子损坏记录介质520的可能性增大。例如，在密封的氦气硬盘驱动器中，在滑块525的后缘处存在明显更小的压力梯度，这导致在后缘处几乎没有回流。较低的压力梯度导致粒子流动性降低，这可导致粒子积聚。因此，期望减轻数据存储设备500中粒子的有害影响。本文的公开内容可用于通过促进滑块525的ABS150上的粒子迁移率来提高滑块525和数据存储设备500的粒子鲁棒性。
图3A是根据一些实施方案的滑块525A的示例的ABS视图。图3B是图3A中所示的滑块525A的等轴视图。图3C是滑块525A的在图3A和图3B中所示位置处的一部分的横截面视图。滑块525A具有前缘表面121、与前缘表面121相对的后缘表面122、在前缘表面121与后缘表面122之间延伸的第一侧缘表面123以及与第一侧缘表面123相对且在前缘表面121与后缘表面122之间延伸的第二侧缘表面124。滑块525A包括接近滑块525A的前缘表面121的前垫220和接近后缘表面122的后垫180。典型地，后垫180具有安装在其上、位于后垫180的靠近滑块525A的后缘表面122的后部分上的记录磁头540。
滑块525A的ABS150包括若干表面。在滑块525A如图3B所示取向的情况下(其中ABS150面向上)，前垫220的顶部是表面142。当ABS 150面向上时，表面142所处的水平是ABS150的最高水平。当滑块525A安装在数据存储设备500中时，表面142处于ABS150的最靠近记录介质520的水平。(应当理解，当记录介质520旋转时，由于滑块525A在飞行时的俯仰角(例如，如图2所示)，表面142可以比与表面142处于相同水平的滑块525的其它表面飞得离记录介质520更远。然而，为了本文描述的目的，当滑块525A位于数据存储设备500中时，表面142被认为最靠近记录介质520。)
表面142基本上垂直于前缘表面121，这意味着前缘表面121和表面142出于所有实际目的被有效地取向成彼此垂直，即使它们之间的角度不是精确的90度。
ABS150还包括表面144。表面144与前缘表面121邻近并相交，并且如同表面142一样，也基本上垂直于前缘表面121。表面144从表面142凹进。凹进距离可以例如在约50nm与约300nm之间。例如，表面144从表面142凹进的距离可为大约150nm。换句话说，表面142与表面144之间的高度差可为约150nm。当滑块525A位于数据存储设备500中时，表面144比表面142离记录介质520更远。
如图3A和图3B所示，在示例性滑块525A中，表面144通过粒子捕获结构210与前垫220分离。在示出的示例中，粒子捕获结构210邻接前垫220的基底(参见例如图3B)。图3A和图3B中所示的粒子捕获结构210是连续空腔，该连续空腔在表面144下方延伸并且被构造成收集粒子，否则这些粒子可能积聚在滑块525A的表面上并损坏记录介质520或对数据存储设备500的性能造成不利影响。粒子捕获结构210可通过在滑块525A在记录介质520上飞行时捕获粒子来显著地提高粒子鲁棒性。粒子捕获结构210可在表面144下方具有至少50nm的深度。应当理解，图3A和图3B示出粒子捕获结构210的一个示例，并且其它方法也是可能的，如例如在美国专利第10,354,685号和美国专利第10,249,334号中所描述的，这两个专利的全部内容据此以引用的方式并入本文以用于所有目的。
如图3A和图3B(以及下面讨论的图4A和图4B)所示，表面144具有使得表面144比表面142更粗糙的至少一个粗糙化特征，例如图案(例如规则的或不规则的)。如下面进一步描述，至少一个粗糙化特征(例如，图案)可在滑块525制造过程期间使用例如离子铣削来产生，以便有意地粗糙化表面144的至少一部分。表面144的粗糙化是制造滑块525A的过程中的步骤(例如，蚀刻、研磨、离子铣削等)的有意且受控的结果，而不是不完美的制造步骤的副作用。换句话说，通过以受控方式将至少一个粗糙化特征(例如，图案)添加到表面144来有意地使表面144不如表面142光滑。至少一个粗糙化特征的目的是增加表面144相对于滑块525A的其它表面，例如表面142的摩擦系数。作为表面144粗糙化的结果，表面142被认为是光滑的、非图案化的或非粗糙化的，而表面144被认为是粗糙的、图案化的或粗糙化的。通过包括如本文所描述的至少一个粗糙化特征来“粗糙化”表面144促进了接触滑块525A的粒子的旋转和移动，由此增大了粒子到达粒子捕获结构210并被捕获的可能性，因此这些粒子积聚在ABS150上并潜在地损坏记录介质520或导致记录在记录介质520上的数据被擦除的可能性大大降低。
在一些实施方案中，例如图3A和3B的示例，至少一个粗糙化特征包括表面144中的孔170的图案。例如，表面144可每1000μm2包括至少6个孔。因此，表面144可具有带凹坑外观(例如，类似于高尔夫球的表面，但是在适合滑块525的尺度上)。换句话说，孔170可被认为是多个凹坑。(应理解，可通过其它方式产生带凹坑外观。)在图3A中，仅标记了孔170中的三个孔：孔170A、孔170B和孔170C。孔170的图案可以是规则图案(例如，孔170以均匀的距离彼此间隔开)或不规则图案(例如，孔170更随机地位于表面144上)。孔170的密度可以是例如每1000μm2至少6个孔。
图3C是滑块525A的在图3A和图3B中所示位置处的一部分的示例性横截面视图。如图3C所示，孔170中的每个孔具有相应深度(其中一个被标记为“d”)，该深度足以使表面144比表面142更粗糙(例如，由于制造过程的有意步骤，使得表面144的摩擦系数高于表面142的摩擦系数)。例如，孔170中的每个孔可相对于表面144具有至少2nm的深度。根据产生孔170的制造过程的(多个)步骤，孔170可具有更大的深度(例如，高达2μm、高达5μm等)。不同的孔170可具有相同的深度，或不同的孔170可具有不同的深度，如图3C所示。在一些实施方案中，孔170的最大深度小于粒子捕获结构210的空腔的深度。在一些实施方案中，孔170相对于表面144的最大深度大于粒子捕获结构210的空腔相对于表面144的深度。在一些实施方案中，孔170相对于表面144的最大深度在2nm与5μm之间，且粒子捕获结构210的空腔相对于表面142的深度大于200nm。不要求粒子捕获结构210的空腔的深度高于或低于孔170的最大深度。
孔170可以在二维(例如，在图3A的ABS视图或图3C的横截面视图中)或三维中具有任何合适的尺寸和形状。例如，在ABS视图中，孔170可以具有可识别的形状(例如，圆形、正方形、三角形等)，或这些孔可以具有不规则、随机的形状。如上所述，孔170可使表面144呈带凹坑外观。类似地，在横截面视图中，例如图3C，孔170可具有可识别的形状(例如，矩形、三角形等)，或这些孔可具有不规则、随机的形状。不同的孔170可具有基本上相同的形状，或不同的孔170可以在二维和/或三维上具有不同的形状。不管它们的形状是否相同，不同的孔170都可具有相同的直径、圆周或周长，如图3A、图3B和图3C中所示，或这些孔可具有不同的直径、圆周和/或周长。如本领域普通技术人员根据本文的公开内容所理解的，可选择孔170的尺寸、形状和密度以实现期望的粗糙度(或摩擦系数)，同时维持用于滑块525A的合适的飞行特性(例如，稳定性、升力等)。图3A、图3B和图3C中所示的示例孔170仅仅是示例，并不旨在进行限制。
图4A是根据一些实施方案的滑块525B的另一示例的ABS视图。图4B是图4A中所示的滑块525B的等轴视图。图4C是滑块525B的在图4A和图4B所示位置处的一部分的横截面视图。滑块525B包括在图3A、图3B和图3C的讨论中说明和描述的许多相同特征。这些描述适用于图4A、图4B和图4C的具有相同附图标记的元件，在此不再重复。
在图4A、图4B和图4C所示的示例性滑块525B中，使表面144相对于表面142粗糙化的至少一个粗糙化特征包括棋盘格图案190。棋盘格图案190可为规则图案(例如，在棋盘格图案190的道或凹槽之间具有均匀间隔，如图4A、图4B和图4C所示)或不规则图案(例如，具有不规则间隔的道(凹槽)和/或不一定彼此平行或成特定角度的道(凹槽))。
图4C是滑块525B的在图4A和图4B所示位置处的一部分的横截面视图。如图4C中所示，构成棋盘格图案190的每条道或凹槽具有深度c，该深度足以使表面144比表面142更粗糙(例如，由于制造过程的有意步骤，使得表面144的摩擦系数高于表面142的摩擦系数)。例如，棋盘格图案190中的每条道/凹槽可具有至少2nm的深度。棋盘格图案190的不同部分(例如，凹槽)可具有相同深度，如图4C中所示，或棋盘格图案190的不同部分可具有不同深度。在一些实施方案中，棋盘格图案190的最大深度小于粒子捕获结构210的空腔的深度。同样，棋盘格图案190内的不同道可具有相同宽度，如图4A、图4B和图4C中所示出，或这些不同道可具有不同宽度。
如以上在图3A、图3B和图3C的讨论中所描述，可以选择棋盘格图案190的特性以达到期望的粗糙度(或摩擦系数)，同时维持用于滑块525B的合适的飞行特性(例如，稳定性、升力等)。图4A、图4B和图4C中示出的棋盘格图案190仅仅是棋盘格图案190的一个示例，并不旨在进行限制。
应当理解，图3C和图4C中所示的横截面是可应用于其它滑块525实施方案的示例。例如，图3C中所示的横截面也适用于图4A和图4B中所示的滑块525B(例如，如果沿所示轴线的所有孔170都具有相同深度)，并且同样地，图4C中所示的横截面适用于图3A和图3B中所示的滑块525A(例如，如果棋盘格图案190的不同部分具有不同深度)。如上所述，导致表面144粗糙的(多个)粗糙化特征的不同部分可具有不同的深度或相同的深度。
表面144的纹理化或粗糙化可在滑块525(例如，滑块525A或滑块525B)的制造期间完成。在一些实施方案中，将额外步骤添加到制造程序以使表面144粗糙化。在一些实施方案中，在产生滑块525的其它特征的制造步骤期间使表面144粗糙化。下面的讨论通常涉及滑块525。应当理解，下面提到的滑块525可以是包括如上所述的粗糙表面144的任何滑块525(例如，滑块525A、滑块525B等)。
可使用具有两个基本步骤的光刻过程从晶片制造滑块525：(a)覆盖晶片的表面的一部分(例如，使用光致抗蚀剂掩模)；以及(b)从晶片的暴露(例如，未被掩模覆盖)表面去除衬底材料。步骤(a)可以例如使用具有硬边缘的二元掩模来完成，以在施加到晶片表面的光致抗蚀剂层中产生明确定义的图案。步骤(b)可例如通过研磨、蚀刻或铣削(例如，使用离子束)以将光致抗蚀剂图案转移至晶片表面来完成。当滑块525用于数据存储设备500，即ABS150中时，滑块525的施加有覆盖物且去除了材料的表面是将最终面向记录介质520的表面。
步骤(a)和(b)可以重复多次以产生滑块525的不同特征。下面的讨论集中于接近前缘表面121的ABS150特征，但是应当理解，ABS150的其它特征也可以在所描述步骤期间或在本领域已知的滑块525制造过程的其它步骤期间制造。
在一些实施方案中，步骤(a)的第一次应用覆盖(例如，使用掩模)表面142和ABS150的与成品滑块525中的表面142保持在相同水平的其它特征。当掩模处于适当位置时，步骤(b)的第一次应用可以使用浅离子铣削来去除材料以产生表面144的光滑版本。然后可以去除该掩模。随后可以应用不同的掩模，并且重复步骤(a)和(b)以产生从ABS150的最顶部表面进一步凹进(例如，从表面142凹进)的特征。在步骤(b)的后续应用之一中，(更)深离子铣削可用于使表面144粗糙化(例如，通过产生孔170、棋盘格图案190、多个凹坑、多个凹槽等)，如上文所述。将了解，可使用多个掩模和多个材料去除步骤(例如，使用离子铣削)来产生具有各种深度的图案。
图5是示出根据一些实施方案的可用于制造具有粗糙表面144的滑块525的实施方案的示例性方法300的一部分的流程图。如上所述，滑块525制造过程可包括本领域已知但未在图5中示出的附加步骤。这些额外步骤可在图5中所示出的步骤之前、之间和/或之后执行。如上所述，尽管方法300的描述仅集中于方法300的与产生和粗糙化表面144相关的步骤，但是应当理解，在这些步骤期间也可以产生滑块525的其它特征。
在框302处，将第一掩模施加到晶片。第一掩模包括保护前垫220在成品滑块525中将定位的区域。在框304处，执行第一材料去除步骤以从晶片去除材料。第一材料去除步骤可使用例如浅离子铣削。在框304完成之后，前垫220的至少一部分可以在滑块525中显而易见。在框304完成之后，表面144也可以其粗糙化前的形式存在。
在完成框304以及潜在的额外中间制造步骤之后，在框306处，将第二掩模施加到晶片。第二掩模覆盖表面142，并且该第二掩模还覆盖表面144，除了至少一个粗糙化特征(例如，孔170的图案、棋盘格图案190、多个凹坑、多个凹槽等)将产生和位于的位置/区域之外。在框308处，执行第二材料去除步骤以从晶片去除额外材料，包括从表面144去除材料，这在表面144中产生至少一个粗糙化特征的至少一部分且使其成为粗糙表面。第二材料去除步骤可使用例如(更)深离子铣削。在框308之后，至少一个粗糙化特征(例如，规则或不规则图案、孔170、棋盘格图案190、多个凹坑、多个凹槽等)的至少一部分存在于滑块525中。
应当理解，可以产生使表面144比表面142更粗糙的各种特征。例如，在其中至少一个粗糙化特征包括在表面144上的孔170的滑块525中(例如，如在图3A、图3B和图3C的讨论中所描述)，可执行一次步骤(a)和(b)(例如，框306和框308)以产生相同深度的孔170的图案，或可用不同的掩模重复步骤(a)和(b)(例如，框306和框308)以产生相对于表面144具有不同深度的孔170。本文提供的示例并非旨在进行限制。类似地，在其中至少一个粗糙化特征包括表面144上的棋盘格图案190(或另一图案)(例如，如在图4A、图4B和图4C的讨论中所描述)的滑块525中，可执行一次步骤(a)和(b)(例如，框306和框308)以产生具有均匀深度的图案，或可用不同的掩模重复步骤(a)和(b)(例如，框306和框308)以产生相对于表面144具有可变且不同深度的图案。根据本文的公开内容，本领域的普通技术人员将理解，可以在制造过程期间产生许多可能的图案和特征，这将有意地导致表面144比表面142(以及滑块525的其它表面)更粗糙。本文示例并不旨在进行限制。此外，可使用任何合适的过程或制造步骤来产生(多个)粗糙化特征。尽管可方便地经由受控蚀刻过程产生(多个)粗糙化特征(例如，孔170、棋盘格图案190、多个凹坑、多个凹槽等)，但设想可使用其它方法，例如研磨(例如，使用粗糙或粗浆料)使表面144比其它表面更粗糙。如本领域普通技术人员所理解的，在一些类型的研磨过程中，浆料中的磨料颗粒经过并刮擦晶片的表面，同时对晶片施加压力。
还应当理解，还可以使用本文所公开的技术来使粒子可能倾向于积聚的滑块525的其它表面粗糙化，以便促进这些区域中的粒子迁移率(例如，旋转)。如本领域普通技术人员将认识到的，可以使用本文的技术和公开内容来使接近粒子捕获结构的表面，例如在美国专利第10,354,685号和美国专利第10,249,334号(以引用方式并入)中描述的那些表面粗糙化，以促进粒子迁移率并且潜在地增大粒子被粒子捕获结构捕获的可能性，而不是积聚在滑块525的ABS150上。
在前面的描述和附图中，阐述了特定术语来提供对本发明所公开的实施方案的透彻理解。在一些情况下，术语或附图可暗示实践本发明所不需要的具体细节。
为了避免不必要地模糊本公开，熟知的部件以框图形式示出和/或并未详细讨论，或在一些情况下完全不讨论。
除非本文另有具体定义，否则所有术语应被赋予其最广泛的可能解释，包括本说明书和附图所暗示的含义以及本领域技术人员理解的和/或如字典、图书等中所定义的含义。如本文明确阐述的，一些术语可能不符合其普通或惯常含义。
如本说明书和所附权利要求书中所用，除非另外指明，否则单数形式“一”、“一个”和“该/所述”不排除复数指代物。除非另外指明，否则词语“或”应被解释为包括性的。因此，短语“A或B”应解释为以下所有含义：“A和B两者”、“A但不是B”和“B但不是A”。本文中对“和/或”的任何使用并不意味着词语“或”单独表示排他性。
如本说明书和所附权利要求书中所用，形式“A、B和C中的至少一者”、“A、B或C中的至少一者”、“A、B或C中的一者或多者”以及“A、B和C中的一者或多者”的短语是可互换的，并且各自涵盖以下所有含义：“仅为A”、“仅B”、“仅C”、“A和B但不是C”、“A和C但不是B”、“B和C但不是A”以及“A、B和C中的全部”。
就在具体实施方式或权利要求书中使用术语“包括”、“具有”及其变体的程度而言，此类术语旨在以类似于术语“包含”的方式包括在内，即，意味着“包括但不限于”。
术语“示例性”和“实施方案”用于表示示例，而不是偏好或要求。
本文中使用术语“耦接”来表示直接连接/附接以及通过一个或多个居间元件或结构的连接/附接。
如本文所用，术语“在……上方”、“在……下方”、“在……之间”和“在……上”是指一个特征相对于其他个特征的相对位置。例如，设置在另一个特征“上方”或“下方”的一个特征可直接与另一个特征接触，或者可具有居间材料。此外，设置在两个特征“之间”的一个特征可直接与两个特征接触，或者可具有一个或多个居间特征或材料。相反，“在第二特征上”的第一特征与该第二特征接触。
术语“基本上”用于描述大部分或几乎如所述的结构、构型、尺寸等，但是由于制造公差等可能在实践中引起结构、构型、尺寸等并不总是或一定如所述的那样精确的情形。例如，将两个长度描述为“基本上相等”是指，出于所有实际目的，这两个长度是相同的，但是它们在足够小的尺度下可能(并且无需)是完全相等的。作为另一示例，当出于所有实际目的而认为两个表面彼此垂直时，即使它们不是精确地相对于彼此成90度，两个表面也是“基本上垂直的”。
附图未必按比例绘制，并且特征的维度、形状和尺寸可显著不同于它们在附图中的描绘方式。
尽管已公开了具体实施方案，但将显而易见的是，在不脱离本公开的更广泛的实质和范围的情况下，可对其进行各种修改和改变。例如，至少在可行的情况下，实施方案中任一实施方案的特征或方面可与实施方案中任何其他实施方案组合来应用，或代替其对应的特征或方面来应用。因此，本说明书和附图被认为是示例性意义的而不是限制性意义的。

Claims (28)

1.一种滑块，所述滑块包括：
前缘表面；和
面向介质的表面，所述面向介质的表面包括多个表面，所述多个表面包括：
第一表面，其中所述第一表面基本上垂直于所述前缘表面，并且在所述面向介质的表面的所述多个表面中，所述第一表面被构造成位于最靠近记录介质处，以及
第二表面，所述第二表面邻近所述前缘表面并且基本上垂直于所述前缘表面，其中所述第二表面从所述第一表面凹进，
其中所述第二表面包括至少一个粗糙化特征，所述至少一个粗糙化特征使得所述第二表面的至少一部分具有比所述第一表面更高的摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的滑块，其中所述至少一个粗糙化特征在所述第二表面中每1000μm2包括至少6个孔。
3.根据权利要求2所述的滑块，其中所述每1000μm2至少6个孔中的每个孔具有至少2nm的深度。
4.根据权利要求1所述的滑块，其中所述第一表面与所述第二表面之间的凹进距离在大约50nm与大约300nm之间。
5.根据权利要求1所述的滑块，其中所述至少一个粗糙化特征包括图案。
6.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案包括多个凹坑。
7.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案包括每1000μm2至少6个孔。
8.根据权利要求7所述的滑块，其中所述每1000μm2至少6个孔中的至少两个孔具有基本上相同的形状。
9.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案的至少一部分相对于所述第二表面的深度为至少2nm。
10.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案包括棋盘格。
11.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案包括多个凹槽。
12.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案是不规则的。
13.根据权利要求5所述的滑块，其中所述图案的第一部分具有第一深度，并且所述图案的第二部分具有第二深度，其中所述第一深度不同于所述第二深度。
14.一种数据存储设备，所述数据存储设备包括：
根据权利要求1所述的滑块；以及
记录介质。
15.根据权利要求14所述的数据存储设备，所述数据存储设备还包括：
氦气，所述氦气在所述记录介质与所述滑块之间，
其中所述数据存储设备被密封以防止所述氦气从所述数据存储设备的内部逸出。
16.一种滑块，所述滑块包括：
前缘表面，
非图案化表面，所述非图案化表面基本上垂直于所述前缘表面并且从所述前缘表面凹进，以及
图案化表面，所述图案化表面邻近且基本上垂直于所述前缘表面，其中所述图案化表面包括图案。
17.根据权利要求16所述的滑块，其中所述图案包括每1000μm2至少6个孔。
18.根据权利要求17所述的滑块，其中所述每1000μm2至少6个孔中的至少两个孔具有基本上相同的形状。
19.根据权利要求17所述的滑块，其中所述每1000μm2至少6个孔中的至少一个孔的深度为至少2nm。
20.根据权利要求16所述的滑块，其中所述图案包括多个凹槽。
21.根据权利要求16所述的滑块，其中所述图案为棋盘格图案。
22.根据权利要求16所述的滑块，所述滑块还包括：
粒子捕获结构，所述粒子捕获结构邻近所述图案化表面，其中，在所述非图案化表面和所述图案化表面向上取向的取向中，所述粒子捕获结构包括在所述图案化表面下方延伸的至少一个空腔。
23.根据权利要求22所述的滑块，其中所述图案的最大深度在大约2nm与大约2μm之间，并且其中所述至少一个空腔相对于所述非图案化表面的深度为至少200nm。
24.根据权利要求16所述的滑块，其中所述滑块包括多个表面，所述多个表面包括第一表面和第二表面，其中，在所述滑块的空气轴承表面向上取向的取向中，所述第二表面在所述第一表面下方，并且其中所述非图案化表面包括在所述第一表面中，并且所述图案化表面包括在所述第二表面中。
25.根据权利要求24所述的滑块，其中所述第一表面与所述第二表面之间的高度差在大约50nm与大约300nm之间。
26.一种制作根据权利要求16所述的滑块的方法，所述方法包括：
向晶片施加掩模，其中所述掩模限定所述图案；并且
当所述掩模处于适当位置时，执行离子铣削步骤以产生所述图案。
27.一种数据存储设备，所述数据存储设备包括：
根据权利要求16所述的滑块；以及
记录介质，所述记录介质定位成面向所述图案化表面和所述非图案化表面。
28.根据权利要求27所述的数据存储设备，所述数据存储设备还包括：
氦气，所述氦气在所述记录介质与所述滑块之间，
其中所述数据存储设备被密封以防止所述氦气从所述数据存储设备的内部逸出。
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