JP2013118040A - 光導波路コア及び/又は合金酸化物材料の被覆を有する磁気記録ヘッド及びシステム - Google Patents

光導波路コア及び/又は合金酸化物材料の被覆を有する磁気記録ヘッド及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】光導波路コア及び/又は合金酸化物材料の被覆を有する磁気記録ヘッド及びシステムを提供する。
【解決手段】装置500は、媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器502と、近接場変換器に光を届けるための主要導波路506と、主要導波路の近くに位置して光源510から光を受け、受けた光の少なくとも幾分かを主要導波路へと、それによって移すために構成された二次導波路508と、主要導波路と二次導波路との間に位置するギャップ層514とを含み、二次導波路が、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む。
【選択図】図5A

Description

本発明はデータ記憶システムに関し、とりわけ、本発明は熱的に補助された記録用の近接場変換器を有する書き込みヘッドに関する。
コンピュータの心臓部は、一般に回転磁気ディスク、読み取り及び書き込みヘッドを有するスライダー、回転ディスク上方のサスペンション・アーム、そして読み取り及び/又は書き込みヘッドを、回転ディスク上の選ばれた円形トラックの上方に位置させるためのサスペンション・アームを揺動させるアクチュエータ・アームを含む、磁気ハードディスクドライブ(HDD)である。ディスクが回転していないとき、サスペンション・アームはスライダーをディスク表面との接触へと偏らせるが、ディスクが回転すると、スライダーの空気軸受面(ABS)に隣接する回転ディスクによって空気が旋回させられ、スライダーを回転ディスクの表面から僅かな距離で空気軸受上に乗せる。スライダーが空気軸受上に乗ると、回転しているディスクへ磁気痕跡を書き込むため、及び回転しているディスクから磁気信号領域を読み取るために、書き込み及び読み取りヘッドが用いられる。読み取り及び書き込みヘッドは、書き込み及び読み取り機能を実行するためのコンピュータプログラムに従って動作する処理回路に接続されている。
ディスクドライブにおいて使用される磁気媒体内での、より高い記憶ビット密度を求め続けることで、セルの寸法が磁性材料の粒度により制限されるまで、データセルのサイズ(容積)が低減している。粒度はさらに低減可能であるが、周囲温度におけるランダムな熱変動がデータを消去するのに十分なほどであるため、セル内に記憶されたデータがもはや熱的に安定ではないという懸念がある。この状態は、与えられた磁気媒体に対する最大の理論的記憶密度を決定する、超常磁性の限界として表現される。この限界は磁気媒体の飽和保磁力を増すこと、又は温度を下げることにより高められ得る。ハードディスクドライブを商業用途及び民生用に設計する際、温度を下げることは実際的な選択ではない。飽和保磁力を高めることは実際的な解決策であるが、書き込みヘッドがより大きな磁気モーメントの材料、又は垂直磁気記録のような技術(あるいは両方)を使用することを必要とする。
磁気媒体の表面上の局部的領域の有効飽和保磁力を低下させるために熱を用い、データをこの加熱された領域内に書き込む、1つの追加的解決策が提案されている。データの状態は、媒体を周囲温度へと冷却する際に「固定」される。この技術は広く「熱的に補助された(磁気)記録」["thermally assisted (magnetic) recording”]、TAR又はTAMRと称される。それは長手記録及び垂直磁気記録システムの両方に適用可能であるが、最先端技術の最大密度記憶システムは垂直磁気記録システムである可能性の方がより高い。媒体表面の加熱は、集光レーザービーム又は近接場光源のような多くの技術により達成されている。
ここで言及することにより包含される、Stancil他の(特許文献1)は、磁気媒体の近接場加熱を開示している。
必要なのは、TARシステムをさらに改善する方法である。
米国特許第6,999,384号明細書
一実施形態による装置は、媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器、光を近接場変換器に届けるための主要導波路、主要導波路近傍に位置して光源から光を受け、受けた光の少なくとも幾分かを主要導波路へと、それによって移すように構成された二次導波路、及び主要導波路と二次導波路との間に位置するギャップ層を含み、二次導波路は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む。
一実施形態による装置は、媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器、及び近接場変換器の照射用の主要導波路を含み、主要導波路は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む。
さらに別の実施形態において、装置は第一の側に向かって位置する近接場変換器、及び近接場変換器の照射用の主要導波路を含み、主要導波路はフレックス側(flex side)に近い第一端と、近接場変換器に近い第二端とを有する。主要導波路は、主要導波路の第一端の横断面積が、主要導波路の第二端の横断面積よりも小さいようなテーパ形状を有する。
これらの実施形態のいずれも、磁気ヘッド、磁気ヘッド上方に磁気媒体(例えばハードディスク)を通すための駆動機構、及び磁気ヘッドに電気的に結合された制御器を含み得る、ディスクドライブシステムのような磁気データ記憶システムにおいて実施され得る。
本発明のその他の態様及び利点は、図面と併用されるときに例として本発明の原理を説明する、以下の詳細説明から明らかになるであろう。
本発明の性質及び利点、及び好適な使用形態のより完全な理解のために、添付図と併せて読まれる以下の詳細な説明に対して言及がなされるべきである。
磁気記録ディスクドライブシステムの単純化された図を示す。 長手方向の記録フォーマットを利用する記録媒体の、断面における概略的表現を示す。 図2Aにおけるような長手方向の記録に関する、従来の磁気記録ヘッドと記録媒体の組合せの概略的表現を示す。 垂直磁気記録フォーマットを利用する磁気記録媒体を示す。 片側の垂直磁気記録用の、記録ヘッドと記録媒体の組合せの概略的表現を示す。 媒体の両側で別々に記録するのに適した、記録装置の概略的表現を示す。 らせんコイルを有する垂直磁気ヘッドの1つの特別な実施形態の断面図を示す。 らせんコイルを有するピギーバック磁気ヘッドの1つの特別な実施形態の断面図を示す。 ループコイルを有する垂直磁気ヘッドの1つの特別な実施形態の断面図を示す。 ループコイルを有するピギーバック磁気ヘッドの1つの特別な実施形態の断面図を示す。 一実施形態による熱的に補助された装置の部分的断面図を描写する。 一実施形態による熱的に補助された装置の部分的上面図を描写する。 材料Aと材料Bである、2つの異なる酸化物材料を混合することにより達成された、屈折率調整の実験的測定を描写する。 一実施形態による熱的に補助された装置の部分的断面図を描写する。 一実施形態による熱的に補助された装置の部分的上面図を描写する。
以下の記述は本発明の一般的原理を説明するためになされ、本明細書で請求されている発明的概念を制限することを意味しない。さらに、本明細書で記述される特定の特徴は、各種の可能な組合せ及び置換の各々における、その他の記述される特徴と組み合わせて使用され得る。
ここで具体的に定義されない限り、全ての用語は、明細書から暗示される意味、及び当業者によって理解される意味、及び/又は辞書、論文等により定義されるような意味を含む、それらの最も広い可能な解釈を与えられるべきである。
明細書及び添付の請求項の中で使われているように、単数形の「a」、「an」及び「the」は指定の無い限り複数の指示対象を含む。
以下の記述は、ディスクを基本とする記憶システム及び/又は関連するシステムと方法、並びにその動作及び/又は構成部品の、幾つかの好適な実施形態を開示する。
1つの一般的実施形態において、装置は、媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器、光をその近接場変換器に届けるための主要導波路、主要導波路近傍に位置して光源から光を受け、受けた光の少なくとも幾分かを主要導波路へと、それによって移すように構成された二次導波路、及び主要導波路と二次導波路との間に位置するギャップ層を含み、そこで二次導波路は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む。
別の一般的実施形態において、装置は、媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器、及び近接場変換器の照射用の主要導波路を含み、主要導波路は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む。
さらに別の実施形態において、装置は第一の側に向かって位置する近接場変換器、及び近接場変換器の照射用の主要導波路を含み、主要導波路はフレックス側に近い第一端と、近接場変換器に近い第二端とを有する。主要導波路は、主要導波路の第一端の横断面積が、主要導波路の第二端の横断面積よりも小さいようなテーパ形状を有する。
ここで、図1を参照すると、本発明の一実施形態によるディスクドライブ100が示されている。図1に示すように、少なくとも1つの回転可能な磁気ディスク112がスピンドル114上に支持され、ディスクドライブモータ118により回転させられる。各ディスク上での磁気記録は、一般にディスク112上の(図示されていない)同心データ・トラックの環状パターンの形態である。
少なくとも1つのスライダー113がディスク112の近傍に位置し、各スライダー113は1つ以上の磁気読み取り/書き込みヘッド121を支持する。ディスクが回転すると、スライダー113は、所望のデータがそこで記録され及び/又は書き込まれる、ディスクの様々なトラックにヘッド121がアクセスし得るように、ディスク表面122の上方で、半径方向へ内側及び外側に移動する。各スライダー113はサスペンション115を用いてアクチュエータ・アーム119に取り付けられる。サスペンション115は、スライダー113をディスク表面122に対して偏らせる僅かなばね力を提供する。各アクチュエータ・アーム119は、アクチュエータ127に取り付けられる。図1に示すようなアクチュエータ127は、音声コイルモータ(VCM)であってもよい。VCMは固定磁界内で動くことができるコイルを含み、コイルの動きの方向及び速度は、制御器129により供給されるモータ電流信号によって制御される。
ディスク記憶システムの動作中、ディスク112の回転は、スライダー上に上向きの力又は上昇させる力を働かせる空気軸受を、スライダー113とディスク表面122との間に生成する。空気軸受は、それゆえサスペンション115の僅かなばね力と互いに拮抗して、通常の動作中に小さく実質的に一定の間隔だけディスク表面から離れた、僅か上方にスライダー113を支える。幾つかの実施形態において、スライダー113はディスク表面122に沿ってスライドし得ることに注意されたい。
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、アクセス制御信号及び内部クロック信号のような、制御ユニット129によって生成される制御信号により、動作において制御される。一般的に、制御ユニット129は論理制御回路、記憶装置(例えば、メモリ)、及びマイクロプロセッサを含む。制御ユニット129は、オンラインでの駆動モータ制御信号123及びヘッド位置、並びにオンラインでのシーク制御信号128のような、各種のシステム動作を制御するための制御信号を生成する。オンラインでの制御信号128は、スライダー113をディスク112上の所望のデータ・トラックへと最適に移動し、位置決めするための望ましい電流波形を提供する。読み取り及び書き込み信号は、記録チャンネル125を経由して読み取り/書き込みヘッド121におよび読み取り/書き込みヘッド121から伝えられる。
典型的な磁気ディスク記憶システムの上記の説明及び図1の添付説明図は、説明目的のためだけである。ディスク記憶システムは多数のディスク及びアクチュエータを含み、各アクチュエータは複数のスライダーを支持し得ることは明らかであるべきである。
当業者には全て理解されるであろうように、データを送受信するためのディスクドライブと(組み込まれた又は外部の)ホストとの間で通信するため、及びディスクドライブの動作を制御し、ディスクドライブの状態をホストに伝えるために、インターフェースもまた備えられ得る。
典型的なヘッドにおいて、誘導書き込みヘッドは1つ以上の絶縁層(絶縁スタック)内に埋め込まれたコイル層を含み、絶縁スタックは第一と第二の磁極片層の間に位置する。書き込みヘッドの空気軸受面(ABS)において、ギャップ層により第一と第二の磁極片層の間にギャップが形成される。複数の磁極片層は後方ギャップの所で繋がり得る。電流はコイル層を通じて導かれ、それは磁極片内で磁界を生み出す。磁界は、回転している磁気ディスク上の環状トラックにおけるような、移動する媒体上のトラックに磁場情報のビットを書き込む目的で、ABSのギャップを超えて縁取る。
第二の磁極片層は、ABSからフレア点へと延びる極の先端部分と、フレア点から後方ギャップへと延びるヨーク部分とを有する。フレア点とは、第二の磁極片がヨークを形成するために広くなり(flare)始める場所である。フレア点の配置は、記録媒体上に情報を書き込むために生み出される磁界の大きさに直接影響する。
図2Aは、図1に示すような磁気ディスク記録システムと共に使われるような、従来の記録媒体を概略的に例証する。この媒体は、磁気インパルスを媒体自体の平面内に、又はそれに平行に記録するために用いられる。この場合には記録ディスクである記録媒体は、適切で従来式の磁気層である、覆っているコーティング202を有するガラスのような適切な非磁性材料の支持基板200を基本的に含む。
図2Bは、望ましくは薄膜ヘッドであり得る従来の記録/再生ヘッド204と、図2Aにあるような従来の記録媒体との間の作動的関係を示す。
図2Cは、図1に示すような磁気ディスク記録システムと共に使われるような、記録媒体の表面に実質的に垂直な磁気インパルスの方向を概略的に示す。そのような垂直磁気記録に関して、媒体は一般的に高い透磁率を有する材料の下層212を含む。この下層212は次に、望ましくは下層212よりも高い飽和保磁力を有する磁性材料の、覆っているコーティング214を与えられる。
図2Dは垂直ヘッド218と記録媒体間の動作的関係を例証する。図2Dに説明される記録媒体は、上記の図2Cに関して記述された磁性材料の、高い透磁率の下層212及び覆っているコーティング214の両方を含む。しかしながら、これらの層212及び214は両方とも適切な基板216に適用された状態で示されている。一般的に、層212と214の間には、「交換ブレーク(exchange−break)」層又は「中間層」と呼ばれる(図示されていない)追加の層もまた存在する。
この構造において、垂直ヘッド218の両極間に延びる磁束の磁力線は、記録媒体の高い透磁率の下層212を伴う記録媒体の覆っているコーティング214に弧を描いて出入りし、媒体の表面に実質的に垂直な磁化のそれらの軸を有する、磁気インパルスの形である下層212に比較して高い飽和保磁力を望ましくは有する、磁性材料の覆っているコーティング214内に情報を記録するために、磁束線を、媒体の表面に対して略垂直な方向に、覆っているコーティング214を通過させる。磁束は柔らかい下層212により、ヘッド218のリターン層(P1)に戻るように向けられる。
図2Eは、媒体の各々の側の磁気コーティング214の外表面近くに位置する適切な記録ヘッド218を伴って、基板216がその2つの対向する側の各々に層212及び214を置き、媒体の各々の側に記録することを可能にする、類似の構造を例証する。
図3Aは垂直磁気ヘッドの横断面図である。図3Aにおいて、らせんコイル310及び312がステッチ(stitch)極308内に磁束を作るために用いられ、それは次にその磁束を主極306に届ける。コイル310は、この紙面(page)から延び出て来るコイルを示し、他方でコイル312はこの紙面の中へ延びて入り込むコイルを示す。ステッチ極308はABS318から奥まっていてもよい。絶縁体316がコイルを囲み、幾つかの要素用の支えを提供し得る。本構造の右向きの矢印により示される媒体の移動方向は、最初に下部のリターン極314を越えて媒体を移動させ、次にステッチ極308、主極306、(図示されていない)巻き付けシールドに接続され得る後側のシールド304を越えて、そして最後に上部のリターン極302を越えて移動させる。これら構成要素の各々はABS318と接触する部分を有し得る。ABS318は本構造の右側にわたって示されている。
垂直書き込みはステッチ極308を通して磁束を主極306内へ、そして次にABS318に向かって位置するディスク表面へと押し進めることにより達成される。
図3Bは、図3Aのヘッドと類似の特徴を有するピギーバック磁気ヘッドを例証する。2つのシールド304、314はステッチ極308及び主極306の側面に位置する。センサーシールド322、324もまた示されている。センサー326は一般にセンサーシールド322、324の間に位置する。
図4Aは、磁束をステッチ極408へ提供するために、時にはパンケーキ構成と称されるループコイル410を用いる一実施形態の略図である。ステッチ極は次にこの磁束を主極406に提供する。この位置付けにおいて、下部のリターン極は任意選択的である。絶縁体416がコイル410を囲み、そしてステッチ極408及び主極406用の支えを用意し得る。ステッチ極はABS418から奥まっていてもよい。本構造の右向きの矢印により示される媒体の移動方向は、ステッチ極408を越えて媒体を移動させ、主極406、(図示されていない)巻き付けシールドに接続され得る後側のシールド404、そして最後に上部のリターン極402を越えて移動させる(それらの全てはABS418との接触部分を有しても有しなくてもよい)。ABS418は本構造の右側にわたって示されている。幾つかの実施形態において、後側のシールド404は主極406と接触し得る。
図4Bは、パンケーキ・コイルを形成するために巻き付ける、ループコイル410を含む図4Aのヘッドと類似の特徴を有する、別のタイプのピギーバック磁気ヘッドを例証する。センサーシールド422、424もまた示されている。センサー426は一般にセンサーシールド422、424の間に位置する。
図3B及び4Bにおいて、任意選択的なヒーターが磁気ヘッドのABSの無い側の近くに示されている。ヒーター(Heater)は図3A及び4Aに示す磁気ヘッド内にもまた含まれ得る。このヒーターの位置は、どこに突起が必要とされるか、周囲の層の熱膨張係数等のような設計パラメータ次第で変化し得る。
熱的に補助された記録(TAR)は、ディスク、テープ等のような磁気記録媒体上に情報を記録する方法である。本発明の様々な実施形態が、奥まった誘電性の導波路の設計及びTAR用の近接場光学変換器との統合に関係する。導波路コアは変換器からの距離だけ最適に奥へと後退させられてもよく、このスペースは光学効率の大幅な増大をもたらす、低指数の誘電材料で満たされ得る。
ここで、図5Aを参照すると、熱的に補助された装置500の部分的断面図が一実施形態に従って示されている。勿論、この実施形態は、別の任意の図に説明されている任意の構造及びシステムと併せて用いられ得る。提示されている構造を単純化し、明確にするため、間隔層、絶縁層、及び書き込みコイル層は以後の図及び記述から省略され得る。
引き続いて図5Aを参照すると、装置500は、機器の空気軸受面側のような、媒体に面する表面側504に向かって位置する、例えば技術的に知られているタイプの近接場変換器502を含む。1つのアプローチにおいて、そのような機器はスライダー上の磁気ヘッドを含み得るが、それに限定されない。別のアプローチにおいて、装置500は近接場変換器及び磁気媒体を有する、例えば技術的に知られているタイプの磁気ヘッドを含み得る。1つのアプローチにおいて、磁気媒体は磁気テープ、磁気ディスク等、又は本明細書を読むに際して当業者にとって明らかであろう、その他任意の磁気媒体であってもよい。本装置は、磁気ヘッドの上方に磁気媒体を通すための、例えば技術的に知られているタイプの駆動機構を追加的に含み得る。さらに本装置は、磁気ヘッドの動作を制御するための磁気ヘッドに電気的に結合された、例えば技術的に知られているタイプの制御器もまた包含し得る。1つのアプローチにおいて、電気的制御器は、電線、無線等、又は本明細書を読めば当業者には明らかであろう、その他任意の電気的結合構成を用いて、磁気ヘッドに電気的に結合され得る。
幾つかの実施形態によれば、TARが実現されるために、高い効率で熱を単一のデータ・トラック(1つの例示的データ・トラックは、約40nm以下の幅であってもよい)の周囲に限定することが有益であり得る。例示的な候補の近接場変換器は、光が入射するとき、スライダーの媒体に面した表面側に位置する先端の頂点に、表面荷電動作を集中させるような方法で形作られた、一般に低損失金属(Au,Ag,Al,Cu等)を用いる。
装置500は光を近接場変換器502に届けるための、主要導波路506をさらに含み得る。様々なアプローチにおいて、主要導波路506の厚さtは約300〜約500nmであり得るが、アプローチ次第で小さくも大きくもなり得る。別のアプローチにおいて、主要導波路506はフレックス側512からの距離間隔の0〜約50μmである、t4により特徴付けられ得る。
一実施形態において、主要導波路506はSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含み得る。
一実施形態において、主要導波路は導波路材料の完全な膜を堆積し、その層
をパターニングすることを含み得るプロセスによって形成され得る。層は次に引き伸ばされ得る。その後、第二の層は次に完全な膜で覆われ得る。第二の層の適用は、その後に研磨段階が続く充填段階を含み得る。別の複数のアプローチにおいて、主要導波路は技術的に知られたプロセス、又は本明細書を読めば当業者には明らかであろうプロセスにより形成され得る。
1つのアプローチにおいて、主要導波路は酸素の存在下において、Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つ、及びSiとAlの少なくとも1つを、少なくとも部分的に同時にスパッタリングすることにより形成され得る。別のアプローチにおいて、主要導波路は酸素の存在下において、Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つと、SiとAlの少なくとも1つとの合金を含み得る、単一の対象物を少なくとも部分的にスパッタリングすることにより形成され得る。
一実施形態において、スパッタリングは酸素に加えてアルゴンの存在下において行われ得る。
1つのアプローチにおいて、酸化チタン、又は酸化ニオブが主要導波路において用いられ得る。その各々は約2.1〜約2.3の範囲の同じ値であっても異なってもよい屈折率を有し得るが、しかしアプローチ次第でより高くもより低くもなり得る。酸化チタンに関して、要素比率O:Tiは導波路として望ましく機能するために、約1.8:1〜約2.2:1の間にあり得るが、アプローチ次第でより高くもより低くもなり得る。酸化ニオブに関して、要素比率O:Nbは導波路として望ましく機能するために、約2.4:1〜約2.9:1の間にあり得るが、好適なアプローチ次第でより高くもより低くもなり得る。
好適なアプローチにおいて、酸化タンタルが主要導波路において用いられてもよく、約2.05〜約2.20の屈折率を有し得るが、しかしアプローチ次第でより高くもより低くもなり得る。酸化タンタルに関して、要素比率O:Taは導波路として望ましく機能するために、約2.4:1〜約2.9:1の間にあり得るが、アプローチ次第でより高くもより低くもなり得る。
別のアプローチにおいて、Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つの酸化物と合金化されたシリコン酸化物が、主要導波路において用いられてもよく、得られる最終的材料の堆積のアプローチ及び成分に応じて、約1.47〜約2.3の範囲内の屈折率を有し得る。さらに別のアプローチにおいて、Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つの酸化物と合金化された酸化アルミニウムが、主要導波路に使われてもよく、得られる最終的材料の堆積のアプローチ及び成分に応じて、約1.55〜約2.3の範囲内の屈折率を有し得る。好適な実施形態において、光源はフレックス側512に取り付けられたレーザーダイオードを含み得る。レーザーダイオードからの光が、主要導波路506とは直接結合されないこともまた望ましい。レーザーダイオード光のスポットは直径で約2〜約5μmの範囲内にあり得る。しかしながら、主要導波路の寸法はこれよりもずっと小さい。それゆえ、レーザーダイオードによって生み出される多量の光は、主要導波路へと露出されたとしても、それによって捕捉されず相当なロスをもたらすであろう。
さらに、レーザーダイオードのスポットの大きさは現在、主要導波路のモードサイズに適合するようには低減出来ない。反対に、主要導波路の大きさは、導波路の横断面積が、ナノスケールの近接場ホットスポットの主要導波路を生み出すため、プラズモン変換器において効果的に光を届けるには限界であるため、レーザーダイオードのスポットの大きさに適合するようには増加できない。前述の限界を克服するため、本システムの効率を改善し得る実施形態は、スポットサイズ変換器(SSC)を包含する。SSCは、望ましくは主要導波路と平行に並べられる、追加の導波路を含む。
引き続き図5Aを参照すると、SSCは主要導波路506の付近に位置し、フレックス側512に取り付けられた光源510からの光を受けるように構成された、二次導波路508を含む。様々なアプローチにおいて、二次導波路508は約50〜約200nmの範囲内の厚さtを有し得るが、アプローチ次第でより小さくもより大きくもなり得る。
様々な実施形態において、二次導波路の材料成分並びに合成は、主要導波路の構成と同じく、類似に、又は異なって構成され得る。主要導波路及び二次導波路が酸化タンタル及び酸化タンタル・シリカ酸化物を含む実施形態は、主要導波路及び二次導波路の両方が2つの別個のツールよりもむしろ、そのまま同じツール内で形成され得る点で、有利であることが証明されている。
好適な実施形態において、二次導波路508は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含み得る。さらに二次導波路は、酸素の存在下において、Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つ、及びSiとAlの少なくとも1つを、同時にスパッタリングすることにより形成され得る。別のアプローチにおいて、二次導波路は酸素の存在下において、Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つ、及びSiとAlの少なくとも1つの合金を含み得る、単一の対象物をスパッタリングすることにより形成され得る。
引き続き図5Aを参照すると、装置500は主要導波路506を二次導波路508から分離する、薄いギャップ層514もまた含み得る。1つのアプローチにおいて、二次導波路は光源から生み出される光を集めるために、理想的にはフレックス側に取り付けられ得る。別の可能なアプローチにおいて、二次導波路は主要導波路の上方又は下方に位置付けされ得る。分離層はアルミナ、及び/又はSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含み得る。1つのアプローチにおいて、分離層の成分は二次導波路の成分とは異なり得る。従って、或るアプローチにおいて、分離層及び二次導波路は、異なる基材、異なる比率の同じ基材等、又は本明細書を読めば、様々な用途に関して当業者には明らかであろう、あらゆる別の設計のバリエーションで構成され得る。様々な別のアプローチにおいて、主要導波路は両者の対向する表面の間で、0nm〜約200nmであるそれらの間の最短距離tだけ二次導波路から隔てられ得る。従って、幾つかのアプローチにおいて、主要導波路と二次導波路は直接的に接触し得るが、一方で別の場合それらは分離層514で隔てられる。
一実施形態において、装置500は主要導波路及び二次導波路の各々を少なくとも部分的に囲み、及び/又はその一部分を形成する被覆材もまた含み得る。主要導波路と関連する被覆材は、二次導波路と関連する被覆材と同じか、或いは異なり得ることに注意されたい。1つのアプローチにおいて、被覆材は、二次導波路の屈折率が主要導波路の屈折率と被覆材の屈折率との間にあり得るような、屈折率を有し得る。様々なアプローチにおいて、被覆材の成分及び/又は合成は、主要導波路及び/又は二次導波路の構成と同じく、類似に、又は異なって構成され得る。
好適な実施形態において、主要導波路は主として(例えば、>90重量%、より望ましくは>95重量%)TaOxであってもよく、ここでxは約2.5〜約2.7の範囲内にあり得る。さらに、二次導波路は主としてTaSiOxであってもよく、ここでTa/(Ta+Si)の原子比率は約0.3〜約0.7の範囲内にあってもよく、xは約2〜約2.7の範囲内にあり得る。さらに、薄いギャップ層及び被覆材は主としてAlOxであってもよく、ここでxは約1.4〜約1.7の範囲内にあり得る。
何れの理論にも縛られることは望まないが、本システムの効率を改善し得る別の設計は、段階的な導波路構造を包含すると考えられている。一実施形態において、主要導波路はコアを含み得る段階的構造を有していたもよく、そして被覆部分は少なくとも部分的にコアを囲み、コア及び被覆のうちの少なくとも1つは、異なる屈折率の部分を有する。幾つかのアプローチにおいて、導波路はコアのみを有していてもよく、別のアプローチにおいて、被覆及び/又は他の層が加えられ得る。
1つのアプローチにおいて、段階的構造はコアと被覆部分の間に中間層もまた包含し得る。様々なアプローチにおいて、中間層はSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を包含し得る。別のアプローチによれば、中間層は異なる材料の合金とされた酸化物を含み得る。1つの例示的実施形態は次の構造を有する:AlOx/TiSiOx/TaOx/TiSiOx/AlOx。
1つのアプローチにおいて、主要導波路のコアは二次導波路のものよりも大きな屈折率を有し得る。別の実施形態において、主要導波路のコアはその被覆部分のもの、並びに中間層よりも大きな屈折率を有し得る。さらに別のアプローチにおいて、中間層は被覆部分のものよりも大きな屈折率を有し得る。
別の実施形態において、コアはまた被覆部分及び中間層よりも大きな屈折率を有し得る。追加的に、中間層は被覆部分よりも大きな屈折率を有し得る。この設計は段階の無い構造に比べて、対応する導波路内の光を集める、より効果的な方法を可能にする。
さらに、別のアプローチにおいて、主要導波路は段階的構造を有しないことがあり、それは主要導波路がコア及び被覆を有し得るが、しかしコア又は被覆とは異なる光学特性の中間層を有し得ないことを意味する。
二次導波路の使用は、効率を改善するために光源から出来る限り最大の光量を集めることを可能にし得る。それゆえ、光が二次導波路508のコア内に閉じ込められる必要はない。実際、二次導波路が主要導波路よりも大きなモードサイズ、それゆえより高い集光効率を有することを確実にするため、二次導波路508が、主要導波路に対する値よりも小さい値である周囲の被覆との屈折率の差(Δn)を有することは望ましい。二次導波路の寸法はモードサイズ、及び被覆並びにコアを通って移動する二次導波路の中で結合される光よりも小さく、従って効率と同様に光源からの光の捕捉を増大させる。
引き続き図5Aを参照すると、二次導波路508はそれにより受けた光の少なくとも幾分かを、一過性の連結を経由して主要導波路506に移すように構成され得る。何れの理論にも縛られることは望まないが、主要導波路及び二次導波路が平行なやり方で方向付けられ、その2つの間の距離が望ましくは出来るだけ小さいとき、二次導波路内の大部分の光は主要導波路へと移動すると考えられている。この事象は一過性の波動結合と呼ばれる。望ましくは大部分の、そして理想的には実質的に全ての、二次導波路により捕捉された光は主要導波路に移され得る。
2つの導波路のモードサイズは、移され得る光の量に影響することがあり、導波路の一過性の結合を改善し得るともまた考えられている。モードサイズは導波路の形状に比例すると考えられている。ここで、図5Bを参照すると、一実施形態において、主要導波路506はテーパ状の垂直型の外形を有することができ、主要導波路506の両側面は、近接場変換器502から最も遠く位置する主要導波路506の一端に向かって共に先細になり得る。1つのアプローチにおいて、テーパ状の導波路は尖った先端、(図示のような)小さい平らな端部、小さな丸い端部等に達し得る。主要導波路の端部の幅tは、0〜約150nmの範囲にあり得るが、しかし所望の用途次第でより大きくなり得る。
主要導波路506は、約300nm〜約1μmであり得るtにより表わされる、最も広い点を有し得るが、それはアプローチ次第でより小さくも大きくもなり得る。さらに、1つのアプローチにおいて、二次導波路508は約1〜約5μmの間にあるtによって特徴付けられ得るが、しかし所望のアプローチ次第でより小さくも大きくもなり得る。
ここでも何れの理論にも縛られることは望まないが、主要導波路の領域を減らすことにより、主要導波路のモードサイズは増やされると考えられている。さらに、図5Bにおいて見られるようなそのテーパ形状は、主要導波路に対して徐々に延びるモードサイズの範囲を提供する。さらに、二次導波路と主要導波路のモードサイズが類似である場合、二次導波路内のなお一層多量の光が主要導波路に移されると考えられている。設計次第で、徐々に先細になる主要導波路の1つの領域において、そのモードサイズは二次導波路のものとおおよそ同じか類似であり、改善された一過性の結合を可能にする。
一過性の結合は、光源から来る光のより高い百分率が二次導波路によって捕捉されることを可能にし、そこでそれは主要導波路に移されて効果的にコア内に焦点を合わせられ、より正確な構造を可能にすると考えられている。それゆえ、捕捉される光の量は大幅に増加する。
一実施形態において、段階的構造はさらに主要導波路と二次導波路との間に分離層を含み得る。ここでも何れの理論にも縛られることは望まないが、主要導波路へと移される、二次導波路によって捕捉された光の量を増やすため、分離層が設計され得ると考えられている。望ましくは、分離層の屈折率は二次導波路から主要導波路に移される光の量を増すように調整され得る。屈折率の調整は、それぞれの層において使用される材料の比率を変えることにより成され得る。
図6を参照すると、複合酸化物の屈折率の調整に関する実施形態を表現するグラフが示されている。2つの異なる酸化物A、Bの比率を、異なる同時スパッタリング条件の下で変えることにより、屈折率は所望のアプローチ次第で変えられ得ることが明らかである。材料の屈折率を調整する能力は、ハードディスクのような多くの用途において非常に有用であり得る。
1つのアプローチにおいて、分離層はSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を包含し得る。さらに、分離層は導波路の1つ又は両方と同じ材料であるが、しかし光を二次導波路から主要導波路に移すのを容易にするために異なる比率である材料を含み得る。別のアプローチにおいて、中間層は異なる材料の合金化された酸化物を含み得る。
ここで、図7Aを参照すると、熱的に補助された装置700の部分的断面図が、別の実施形態に従って示されている。勿論、この実施形態は、その他の任意の図に記述されている任意の構造及びシステムと併せて用いられ得る。提示されている構造を単純化及び明確化するため、間隔層、絶縁層、及び書き込みコイル層は、この後に続く図及び記述から省略され得る。
引き続いて図7Aを参照すると、装置700は、同装置700の媒体に面する側704に向かって位置する近接場変換器702を含む。1つのアプローチにおいて、光を近接場変換器702に届けるために、主要導波路706が含まれ得る。主要導波路706は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を追加的に包含し得る。
1つのアプローチにおいて、主要導波路706はそのフレックス側710にある光源708からの光に直接さらされ得る。フレックス側710は、1つのアプローチにおいて、近接場変換器702に最も近い主要導波路706の端部の反対にある、主要導波路706の端部に位置するとして説明され得る。
ここでも何れの理論にも縛られることは望まないが、フレックス側710における主要導波路706の断面積を減らすことにより、主要導波路706の有効なモードサイズは増加すると考えられている。図7Bに見られるような主要導波路706のテーパ形状は、レーザーダイオード708から主要導波路706への光結合効率を高め、それによってプラズモン変換器(近接場変換器702)の所に届けられる光の量を増加させる。
そのような一実施形態において、主要導波路706は、フレックス側710に近い主要導波路706の断面積が、近接場変換器702に近い主要導波路706の断面積よりも小さいようなテーパ形状を有し得る。さらなるアプローチにおいて、複数の導波路が光源708と近接場変換器702との間に位置してもよく、光源708に近い複数の導波路の断面積は、近接場変換器702に近い複数の導波路の断面積よりも小さい。
別の実施形態において、装置700は第一の側704に向かって位置する近接場変換器702と、その近接場変換器702の照射用の主要導波路706とを備え、主要導波路706はフレックス側710に近い第一端及び、近接場変換器702に近い第二端を有する。一実施形態において、第一の側704は装置700の媒体に面する側、空気軸受面側、発光側等であり得る。主要導波路706は、その主要導波路706の第一端の断面積が、主要導波路706の第二端の断面積よりも小さいようなテーパ形状を有し、それはレーザーダイオードのような光源708から、プラズモン変換器のような主要導波路706への光結合効率を高めることもあり、それにより近接場変換器702に届けられる光の量が増加する。
勿論、ここで記述されているいずれの実施形態及び/又はアプローチも、図7に関する装置700の説明の中に含まれ得る。
様々な実施形態が上述されたが、それらは例としてのみ提示され、制限としてではないことを理解されたい。従って、本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、以下の請求項及びそれらに均等なものによってのみ定義されるべきである。
100 ディスクドライブ
112 磁気ディスク
113 スライダー
114 スピンドル
115 サスペンション
118 ディスクドライブモータ
119 アクチュエータ・アーム
121 読み取り/書き込みヘッド
122 ディスク表面
123 駆動モータ制御信号
125 記録チャンネル
127 アクチュエータ
128 シーク制御信号
129 制御ユニット
200 支持基板
202 コーティング
204 記録/再生ヘッド
212 下層
214 コーティング
216 基板
218 垂直ヘッド
302 上部のリターン極
304 後側のシールド
306 主極
308 ステッチ極
310 らせんコイル
312 らせんコイル
314 下部のリターン極
316 絶縁体
318 ABS
322 センサーシールド
324 センサーシールド
326 センサー
402 上部のリターン極
404 後側のシールド
406 主極
408 ステッチ極
410 ループコイル
416 絶縁体
418 ABS
422 センサーシールド
424 センサーシールド
426 センサー
500 装置
502 近接場変換器
504 媒体に面する表面側
506 主要導波路
508 二次導波路
510 光源
512 フレックス側
514 分離層
700 装置
702 近接場変換器
704 媒体に面する側
706 主要導波路
708 光源
710 フレックス側

Claims (25)

  1. 媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器と、
    前記近接場変換器に光を届けるための主要導波路と、
    前記主要導波路の近くに位置して光源から光を受け、受けた前記光の少なくとも幾分かを前記主要導波路へと、それによって移すために構成された二次導波路と、
    前記主要導波路と前記二次導波路との間に位置するギャップ層とを備え、
    前記二次導波路が、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む装置。
  2. 前記主要導波路及び前記二次導波路の各々を少なくとも部分的に囲む被覆材をさらに含み、前記主要導波路が主としてTaOxであり、xは約2.5〜約2.7の範囲内にあり、前記二次導波路が主としてTaSiOxであって、そのTa/(Ta+Si)の原子比率は0.3〜0.7の範囲内にあり、そしてxは2〜2.7の範囲内にあり、薄いギャップ層及び被覆材が共に主としてAlOxであって、xは1.4〜約1.7の範囲内にある、請求項1に記載の装置。
  3. 前記主要導波路が前記光源からの光に直接さらされない、請求項1に記載の装置。
  4. 前記主要導波路がテーパ状の断面形状を有し、前記主要導波路の両側面が、前記近接場変換器から最も遠く位置する、前記主要導波路の一端に向かって共に先細になっている、請求項1に記載の装置。
  5. 前記主要導波路のコアが、前記二次導波路よりも高い屈折率を有する、請求項1に記載の装置。
  6. 前記主要導波路が、前記二次導波路から0nm〜約200nmの間だけ隔てられている、請求項1に記載の装置。
  7. 前記主要導波路と前記二次導波路との間にさらに分離層を含み、前記分離層がAlOx又は、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む、請求項1に記載の装置。
  8. 前記分離層が、SiとAlの少なくとも1つの前記酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの前記酸化物を含み、前記分離層の成分が前記二次導波路の成分とは異なる、請求項7に記載の装置。
  9. 前記主要導波路が段階的構造を有しない、請求項7に記載の装置。
  10. 前記主要導波路がコアと、前記コアを少なくとも部分的に囲む被覆部分と、前記コアと前記被覆部分との間の中間層とを含み、前記中間層がSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を備え、前記コアが前記被覆部分及び前記中間層よりも高い屈折率を有し、前記中間層が前記被覆部分よりも高い屈折率を有する、請求項1に記載の装置。
  11. 前記主要導波路と前記二次導波路との間に、さらに分離層を含み、前記分離層がSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を備える、請求項10に記載の装置。
  12. 前記近接場変換器を有する磁気ヘッドと、
    磁気媒体と、
    前記磁気ヘッドの上方に前記磁気媒体を通すための駆動機構と、
    前記磁気ヘッドの動作を制御するための、前記磁気ヘッドと電気的に結合された制御器とをさらに備える、請求項1に記載の装置。
  13. 前記二次導波路が酸素の存在下において、前記Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つと、前記SiとAlの少なくとも1つとの同時スパッタリングにより形成される、請求項1に記載の装置を形成するための方法。
  14. 前記二次導波路が酸素の存在下において、前記Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つと、前記SiとAlの少なくとも1つとの合金を含む、単一の対象物をスパッタリングすることにより形成される、請求項1に記載の装置を形成するための方法。
  15. 前記主要導波路が、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含み、前記主要導波路が酸素の存在下において、前記Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つと、前記SiとAlの少なくとも1つとの同時スパッタリングにより、少なくとも部分的に形成される、請求項1に記載の装置を形成するための方法。
  16. 前記主要導波路が、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含み、前記主要導波路が酸素の存在下において、前記Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つと、前記SiとAlの少なくとも1つとの合金を含む、単一の対象物をスパッタリングすることにより、少なくとも部分的に形成される、請求項1に記載の装置を形成するための方法。
  17. 媒体に面する表面側に向かって位置する近接場変換器と、
    前記近接場変換器の照射用の前記主要導波路であって、前記主要導波路が、SiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を含む前記主要導波路、とを備える装置。
  18. 前記主要導波路が、そのフレックス側において光源からの光に直接さらされる、請求項17に記載の装置。
  19. 前記主要導波路が段階的構造を有しない、請求項18に記載の装置。
  20. 前記フレックス側に近い前記主要導波路の断面積が、前記近接場変換器に近い前記主要導波路の断面積よりも小さいようなテーパ形状を前記主要導波路が有する、請求項18に記載の装置。
  21. 前記主要導波路がコアと、前記コアを少なくとも部分的に囲む被覆部分と、前記コアと前記被覆部分との間の中間層とを含み、前記中間層がSiとAlの少なくとも1つの酸化物と合金化された、Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つの酸化物を備え、前記コアが前記被覆部分及び前記中間層よりも高い屈折率を有し、前記中間層が前記被覆部分よりも高い屈折率を有する、請求項17に記載の装置。
  22. 前記近接場変換器を有する磁気ヘッドと、
    磁気媒体と、
    前記磁気ヘッドの上方に前記磁気媒体を通すための駆動機構と、
    前記磁気ヘッドの動作を制御するための、前記磁気ヘッドと電気的に結合された制御器とをさらに備える、請求項17に記載の装置。
  23. 前記主要導波路が酸素の存在下において、前記Ta、Ti、Zr、及びNbの少なくとも1つと、前記SiとAlの少なくとも1つとの同時スパッタリングにより形成される、請求項17に記載の装置を形成するための方法。
  24. 前記主要導波路が酸素の存在下において、前記Ta、Ti、ZrとNbの少なくとも1つと、前記SiとAlの少なくとも1つとの合金を含む、単一の対象物をスパッタリングすることにより形成される、請求項17に記載の装置を形成するための方法。
  25. 第一の側に向かって位置する近接場変換器と、
    前記近接場変換器の照射用の前記主要導波路であって、前記主要導波路が、フレックス側に近い第一端及び前記近接場変換器に近い第二端を有する前記主要導波路、とを備え、
    前記主要導波路の前記第一端の断面積が、前記主要導波路の前記第二端の断面積よりも小さいようなテーパ形状を、前記主要導波路が有する装置。
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