TW200919461A - Light-assisted magnetic head apparatus, light-assisted magnetic recording apparatus, and light-assisted magnetic recording method - Google Patents

Light-assisted magnetic head apparatus, light-assisted magnetic recording apparatus, and light-assisted magnetic recording method Download PDF

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Description

200919461 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於—光輔助磁頭裝置、一光辅助磁記錄裝置 及一光輔助磁記錄方法，其藉由以光區域地照射記錄區域 來實施磁記錄。 本發明包含的標的與2007年9月21曰在曰本專利局申請 的曰本專利申請案JP 2〇〇7_246245相關，其全部内容以= 用方式併入本文中。 t ί 【先前技術】 對-資訊記錄媒體上之高密度記錄的需求越來越高。還 需要資訊在磁記錄媒體(例如磁帶與磁碟)上的超高密度記 錄。在此類記錄中實施垂直記錄以小型化所記錄位元？並 且在進行實現針對-磁層之—更高解析度與增加橋頌力的 開發。 雖然已開發具有高矯頑力的磁材料，但當在由具有高矯 頑力之#料形成之一磁記錄媒體上實施記錄時，難以充 分增加該信號記錄磁場。因而，已建議—光輔助磁頭裝 置此類光輔助磁碩裝置區域地增加以光照射的一磁記錄 媒體上之記錄位置的、、w洛 直的酿度，其暫時降低該等記錄區域的矯 頑力並致能資訊係;^ 0 ^ , 係磁a己錄。藉此，可使用具有一高矯頑力 磁層之一磁記錄媒w U I , 系體上的微小磁場點來記錄資訊。 在光輔助磁記錄_門 sr ^ ^ _期間可此必需針對高密度記錄來小型 化該光點，即形成料7丨七仪〜_ 战微】δ己錄位疋。藉由一典型聚焦透鏡， 該點直徑係藉由所使用t 史用先之波長與該透鏡之數值孔徑（ΝΑ) 131071.doc 200919461 來决定，但由於該數值孔徑（NA)的限制所致，對於該點直 徑之小型化而言可能已達到一限制。 另一方面，已對一技術實施研究，該技術藉由將一半球 形或超半球形固態浸沒透鏡（下文簡稱「SIL」）插入於一物 鏡與一 s己錄媒體之間來升高該物鏡之數值孔徑。當使用一 半球形或超半球形SIL來藉由近場光形成一點時該點直 I係小型化。若將該SIL針對使用中的光之波長的折射率 表達為η，則當使用一半球形SIL時可將有效數值孔徑升高 為η倍或當使用一超半球形SIL(亦稱為一"超sil")時升高為 η2倍，或換言之將該點大小減低至1/n或1/n2。 集中於該點之小型化，亦已建議使用一半球形或超半球 形SIL之一光辅助磁頭（例如，參見曰本未審專利申請公開 案第 2006-286119號）。 曰本未審專利申請公開案第2006_2861 19號中揭示的光 輔助磁頭包括-雙組聚焦透鏡系統，纟包括__物鏡與一半 球形或超半球形SIL，且特定言之該SIL係藉由將一球形透 鏡與-透光基板連結在—起來形成。—薄臈磁頭係形成於 該透光基板上以形成該光輔助磁頭。 【發明内容】 在上面說明的光辅助磁頭裝置中，當該光點係小型化 時，產生該記錄磁場的磁極與加熱該磁記錄媒體之表面的 光點可能需要係緊密間隔至大約1〇 nm的等級，或換言 之，低於100 nm。 對於現有光輔助磁頭而言，研究的焦點一直在使用一光 131071.doc 200919461 學波導來形成-光點的方法上，但為了獲得與一波導一樣 充分的透光效率，可能必需製造一厚度為該波長之一分率 或換言之大職nm或以上的包覆層。此意味難以藉由該 距離或更少距離來接近該磁極佈置該光點。 另方面，對於使用上述日本未審專利申請公開案第 2006 286119號中所揭不之—半球形或超半球形灿的光輔 助磁頭’ T緊密佈置該磁極與該光點。存在另—優點，因 為當光係使用-透鏡來三維傳播時該光的使用效率較高。 然而，當該光點係接近該磁極佈置肖，該光可能係藉由 該磁極所阻隔。為此原因，在研究一方法，其可在該磁記 錄媒體之表面上產生-充足的記錄磁場並亦發射—充分高 強度之光。 本申請者已在日本專射請案第·7_22㈣號中建議 -光輔助磁頭裝置’其控制所發射光之偏光方向(光電場 振盈的方向）並使用由—磁材料形成之—主磁極的表面電 漿子來於該主磁極之一端處區域地形成一點。當如上面所 說明使用該主磁極之表面電衆子來區域地形成一點時，根 據該主磁極之材料可能不能獲得一充分的光輔助效應。 需要針對光輔助磁記錄來確保一充分的光強度並且需要 在使用-薄膜磁頭之一主磁極的表面電漿子來形成—區域 點時小型化該點直徑。 依據本發明之一具體實施例，提供一光輔助磁頭裝置， ”匕括《焦光學系統與一具有一主磁極的薄膜磁頭。該 聚焦光學系統包括一半球形或超半球形固態浸沒透鏡。該 131071.doc 200919461 溥膜磁頭包括一金屬層，其引起該主磁極之一光入射側上 的表面電漿子共振。 在依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭裝置中，需 要入射至該聚焦光學系統上的光較佳的係線性偏光並且該 入射光之電場振盪的方向較佳的係沿在該光輔助磁頭裝置 與一磁記錄媒體之間的相對移動之一方向來佈置。 依據本發明之另-具體實施例，提供—光輔助磁記錄裝 置，其包括：-光源單元；一磁記錄媒體安裝單元；一薄 膜磁頭’其具有一主磁極；一記錄信號控制單元；以及一 聚焦光學系統，其將光自該光源單元導向該薄膜磁頭。該 聚焦光學系統包括一半球形或超半球形固態浸沒透鏡。該 薄膜磁頭包括-金屬層’其引起該主磁極之—光入射側上 的表面電漿子共振。 、依據本發明之另-具體實施例，提供一光輔助磁記錄方 法，其包括以下步驟： 於一聚焦光學系統之一聚焦的點位置處佈置一薄膜磁 頭； 提供-金屬H引起該薄膜磁頭之—主磁極上的表面 電漿子共振；以及 =自提供該主磁極之金屬層的—前端位置施加近場光 在磁記錄媒體上實施記錄。 =面所說明’在依據本發明之一具體實施例的光輔助 s裝置、光輔助磁記錄裝置及光辅助磁記錄方法中，由 引起表面電聚子共振之一材料形成之—金屬層係提供於一 13107 丨.doc 200919461 薄膜磁頭之一主磁極上。 如上面所說明，當藉由近場光在一磁記錄媒體上形成一 微小點以實施光輔助磁記錄時，可藉由適當選擇該主磁極 與藉由該聚焦光學系統、該入射光之偏光方向及類似者產 生的入射光之間的位置關係來產生表面電漿子，並且藉此 可減低該點直徑並可改良該光強度。然而，本發明者之透 徹研究的結果顯示根據該主磁極的材料可能不能獲得一充 分的光強度。
原因可能係如下。 Π]雖然Co、Νι係用作該主磁極之材料的一磁材料之主成 分的代表範例，此類材料之介電函數ε⑻在通常用於一光 輔助磁頭裝置中的可見光之範圍内可能不會變為負值，並 因此表面電躁子共振可能不會發生或$乎不會發生。 [2]形成於該主磁極之一端處的一 哪处町點之直徑係限於實質上 該主磁極的厚度。 、 由於上面的原因Π]所致，難以預期藉由表面電衆 2振的電場強度之一較大增加，並且由於上面的原刚 :致，所形成點之直徑係藉由該主磁極之厚度來決定。因 1該主《係由-㈣（例如wNi)形成以獲得針對 該記錄特徵之一適合的磁場強度並且該主磁」 記錄特徵之-適合厚度來形 4十對該 可能施加限制。 在為直徑之小型化上 依據本發明之一具體實施例， 13107I.doc 200919461 側（其中入射來自—臂隹水邀_么 m學系統之光）上的-端表面上。 因此，可將具有一所需光強度一 故又 < 點大致形成於該記錄磁 ^之。並且可藉由適當選擇該金屬層的厚度來小型化 »亥點直么即’依據本發明之—具體實施例，可同時小型 化該點直徑並且彼此緊密地佈置該磁極與光點。 、依據本發明之—具體實施例，當使用-薄膜磁頭之一主 磁極的表面電漿子來形成一區域點時，針對光輔助磁記錄 獲得一充足的光強度並且該點直徑係小型化。 【實施方式】 現將說明本發明之較佳具體實施例；然而，本發明並不 限於下面說明的具體實施例。 圖1係依據本發明之一具體實施例的一光輔助磁頭裝置 的示意斷面圖。如圖丨所示，依據本發明之光輔助磁頭裝 置包括一聚焦光學系統4與一薄膜磁頭5。該聚焦光學系統 4包括一物鏡3與一半球形或超半球形SIL 2。該薄膜磁頭5 之一主磁極21包括一金屬層29，其引起其中入射來自該聚 焦光學系統4之入射光Li的主磁極2 1之一側（下文簡稱"光入 射側"）上的表面電漿子共振。而且，沿該聚焦光學系統4 之一光軸C來佈置該金屬層29之一表面29S，即在入射光之 側上的一側表面並且其處於在一磁記錄媒體（未顯示）與該 光輔助磁頭裝置之間的相對移動之方向上的主磁極21之一 前端。在圖1中，該箭頭Μ顯示該磁記錄媒體的移動方 向。即’該金屬層29之表面29S(即，該主磁極21之光入射 側上的側表面）處於圖i中的箭頭Μ之後端側（即，圖1之平 131071.doc JO- 200919461 面中的左側）。 如圖2中的主磁極21之示音读泪図叱 〜、逯視圖所不，該金屬層29係 提供於該主磁極21之光入射側上並且該光_係佈置㈣ 金屬層29之表面29S的中心。在圖2中，對應圖β之部分 的部分已指派相同參考數字並且其重複說明係省略。 在圖1與2中’平行於該磁記錄媒體之移動方向之-方向 係指定為X軸，沿該光軸之一方向係指定為⑽，而垂直 於此類軸之-方向係指定為丫軸。即，該χ方向係在該磁 頭與該磁記錄媒體之間的相對移動之方向，或換言之，係 該等記錄磁軌之長度方向，該丫方向係該磁記錄^體上的 記錄磁軌之寬度方向，而該ζ方向係針對該sil之間隙方 向。該光軸c較佳的係佈置於在入射光的主磁極2丨之側表 面上提供的金屬層29之表面29S之Y方向上的寬度之中心。 士圖1 〃 2所示，在依據本具體實施例的光輔助磁頭裝置 中，藉由該聚焦光學系統4聚焦於在該主磁極幻之入射側 上提供的金屬層29之表面29S上的光Li係線性偏光。此 外，如箭頭P所示，電場振盪之方向係沿該磁頭與該磁記 錄媒體之間的相對移動之方向（如箭頭M所示）來設定。 即，在此情況下，該聚焦光學系統4與該薄膜磁頭5係佈置 以使得該入射光Li之電場振盪的方向係與該磁記錄媒體之 記錄磁執的長度方向平行。 如圖2所示’藉由該雙點劃線顯示的平面η實際上顯示與 提供於該主磁極21上的金屬層29之表面29S相同的平面。 藉由箭頭Fi顯示的區域（即’該平面η對該主磁極21的相對 131071.doc 200919461 側）係入射光之側，即在該磁頭與該磁記錄媒體之間的相 十移動之方向上的前端側。藉由箭頭F〇顯示的區域（該平 面Η的主磁極21側）係該尾端側。而且，圖2中示意性顯示 藉由該聚焦光學系統4聚焦之光Li產生的點s。 圖3係顯示圖1與2所示之光輔助磁頭裝置中的聚焦光學 系統4之構造之一更特定範例的示意透視圖。如圖3所示， 對應圖1中之該些部分的部分已指派相同參考數字並且其 重複說明係省略。在此範例中，如先前所說明，該聚焦光 學系統4包括該物鏡3與用於近場光記錄的半球形或超半球 形SIL 2。藉由該物鏡3與該SIL 2，可獲得一光學系統其 實現一具有超過1.0之一有效孔徑比率的數值孔徑並產生 近場光。 藉由一單一物鏡，由於光之繞射限制所致，僅可將該聚 焦的點之直徑減低至大約λ/NAobj。此處，人係所使用光的 波長而NAobj係該物鏡之數值孔徑。另一方面，在如先前 所說明使用該半球形或超半球形SIL 2的聚焦光學系統4 中’在s亥SIL 2之基底表面（焦平面）上使用一半球形SIl 2 可將該點直徑小型化至1 /η，或使用一超半球形sil可將該 點直徑小型化至1/n2。此處，η係於在使用的光之波長入該 SIL 2之折射率。通常’該SIL 2之基底表面與該磁記錄媒 體之間的間隙係減低至λ/10或以下，從而由於近場光之成 像效應所致於一磁記錄媒體之表面處使用一半球形SIL將 λ/NAobj之點直徑進一步小型化至i/n或使用一超半球形 SIL將λ/NAobj之點直徑進一步小型化至ι/η2。 131071.doc 12 200919461 所示，此範例中的SIL2係藉由連結以平板之形式 的第-光學區塊與第二光學區塊6績讣與一球形部分财 形成。該第-光學區塊與第二光學區塊6a_及該球形部 分2S係由透射所使用波長之光並具有一較高折射率的光學 部件形成並較佳的係由相同材料形成。 在圖3中’該第二光學區塊讣之部分係切掉以顯示形成 於該第-光學區塊6a上的薄膜磁頭5。應注意，該第一光
學區塊與第二光學區塊⑽紬之大小與形式並不限於圖3 所示之範例並且可使用各種其他形式。 現將說明製造該SIL 2之一方法的範例。例如，該第一 光學區塊6a之一端表面係設定為一頭形成表面—並且該 薄膜磁頭5(其中如先前所說明引起表面電漿子共振之一金 屬層係佈置於該主磁極21上）係形成於該頭形成表面— 上。隨後，該第一光學區塊6a與該第二光學區塊讣係使用 一光學黏著劑來接合在—起或藉由焊接來連結。作為該光 學黏著劑，例如較佳的係使用具有一 15或以上之折射率 的间折射率材#，並且甚i更佳的係使用肖該第—光學區 塊與第二光學區塊以與6b類似之一折射率。 其上將形成該薄臈磁頭5之主磁極21的該連結的第一光 學區塊與第二光學區塊以與❿之表面係經受表面研磨，或 換言之實施調整該主磁極21之深度的深度研磨並亦在該後 表面上實施表面研磨以獲得一預定厚度。另一方面，提供 一分離球透鏡並且此類球透鏡之部分係磨平以形成一具有 實質上垂直於該光軸之一平坦表面的球形部分2S。如先前 I31071.doc -13 - 200919461 所說明，該球形部分2S可較佳的係由與該第一光學區塊與 第二光學區塊以與讣相同的材料形成。該球形部分Μ之平 坦表面係藉由以上面說明的光學黏著劑接合、焊接或類似 者來連結至該第一光學區塊與第二光學區塊以與讣之連結 的表面上。當如此進行時，實施連結以使得形成於該第一 光學區塊6a上的薄膜磁頭5之主磁極21上的金屬層與該球 形部分2S中的光軸係如上面參考圖2所說明地佈置。 圖3所示之SIL 2係使用上面說明的製造方法來獲得。該 半球形或超半球形SIL 2係由該球形部分以與一球形部分 2P形成，該球形部分2P如圖3中之虛線所示係包括為該第 光學區塊與第一光學區塊6a與6b之部分。此處，該第一 光學區塊與第二光學區塊6a與6b之厚度及該球形部分28之 厚度係選擇以使得總體形狀係半球形或超半球形。若該球 形部分2S之半徑係表達為r，則當使用一半球形SIL時，該 總體厚度係r，而當使用一超半球形SIL時，該總體厚度係 rx(l + l/n)。即，若在該表面研磨之後該第一光學區塊與第 一光學區塊6a與6b之厚度係設定為τ，則該球形部分2S係 形成以具有藉由自該SIL 2之最終厚度減去τ所獲得之一厚 度。 在一半球形SIL的情況下具有此類構造的SIl 2之總體厚 度係r而在一超半球形SIL的情況下總體厚度係rx(1 + 1/n)， 並且该總體厚度在一現有半球形s〗L或超半球形§il之光學 特性上係等效的。因而，透過上面說明之物鏡3的光係聚 焦於該連結的SIL 2之基底表面（即，該第一光學區塊與第 131071.doc -14- 200919461 —光學區塊6a與6b之記錄媒體側表面）上，並且該SIL 2具 有諸如一典型SIL的構造功能。在組裝期間實施光學調整 以在其中形成該主磁極21與該金屬層29的第一光學區塊以 之頭形成表面6ah上定位該聚焦光學系統4之光轴中心，並 因此，該光點之中心係佈置於（例如）該主磁極21上的金屬 層29之表面29S的中心。 圖4A係該薄膜磁頭5之一範例的放大斷面圖。圖4B係藉 由圖4A中之虛線τ包圍的主磁極21之一前尖端部分的放大 斷面圖。圖4A顯示用於垂直記錄之一單極磁頭的範例，其 中該薄膜磁頭5包括：一螺旋導體23,其用於產生一磁 場’以及該主磁極21，其用於引導與施加所產生磁場至一 δ己錄部分。雖然圖4 A未顯示’但可將一次磁極連接至該主 磁極2 1以形成一磁路。應注意’在實際記錄期間，該薄膜 磁頭5係面向一包括一記錄層與一軟磁層的磁記錄媒體來 佈置，並且連同該主磁極21與該螺旋導體23—起，該軟磁 層構成針對該薄膜磁頭5之一磁路。 在本具體實施例中，如圖4 A所示，該主磁極2 1係以一預 定長度來形成於該第一光學區塊6a之頭形成表面6ah上。 此外’形成一下部線圈層23A、一絕緣層24、連接至該主 磁極21之一軛25、一絕緣層26及一上部線圈層23B，其間 具有絕緣層22 ’而該第二光學區塊6b係使用該光學黏著劑 27來接合。 如圖4B所示，引起表面電漿子共振的金屬層29係形成於 以該入射光Li照射的主磁極21之光入射側上。 13107 丨.doc -15- 200919461 圖5A與5B係該薄膜磁頭5之一範例的示意斷面圖與平面 圖。在圖5A與5B中’對應圖々A中之該些部分的部分已指 派相同參考數字並且其重複說明係省略。如圖5B所示，該 薄膜磁頭5之螺旋導體23可由以具有相反方位之對角線方 向配置的一下部線圈層23八與一上部線圈層23B及連接該 等線圈層23A與23B之一連接部分23C形成。在圖化中，終 端引線部分12自該下部線圈層23 a之端延伸，但應明白該 等線圈中的繞組數目、各種部分的構造及個別線圈層的形 式並不限於此範例並可經受各種修改。如圖5八與沾所 示，該主磁極21的深度係指定為Id，而該主磁極21之個別 寬度與在垂直於在該薄臈磁頭5與該磁記錄媒體之間的相 對移動方向之一方向上的軛25係指定
依據本具體實施例的磁記錄裝置 62、依據本發明之一具體實施例的一 用於安裝一磁記錄媒體U之一安裳部 具體實施例的一光輔助磁記錄裝 具體實施例的一光輔助磁頭裝置i 〇 100包括一光源單元
131071.doc 200919461 5光原單元62導向該光輔助磁頭裝置1〇並將來自該磁記 錄媒體11之返回光導向該光摘測單元66。該磁記錄媒體】丄 係藉由在(例如)由玻璃製成之一基板)5上連續地堆疊一軟 磁層16與一記錄層17來形成。 稍後多考圖8詳細說明，如一範例，該光學系統67包 括—準直&透鏡（未顯示）、—分光器68及類似者。該磁記 縣置1〇〇還包括一定位控制裝置69，其在自該光偵測單 I 66供應之{貞測輸出上實施操作以獲得針對該光輔助磁頭 (i《置1〇之所需伺服信號(例如，用於間隙控制、循執及類 似者的各種伺服信號），並實施控制。若除該薄膜磁記錄 頭以外該光輔助磁頭裝置1〇還包括一薄膜重製磁頭，則雖 然未顯示，此類頭元件仍係連接至一重製信號電路並且磁 信號重製操作係實施。 在該磁記錄媒體U(即（例如）一磁碟）已安裝於該安裝部 分64上之一狀態下，該安裝部分64係藉由一驅動單元 80(例如一轉軸馬達）如箭頭以斤示來旋轉驅動，使得該磁記 J 錄媒體11在箭頭M的方向上旋轉。可使用稍後參考圖7說 明之一空氣軸承滑件或藉由一雙軸致動器來形成藉由該控 制裝置69驅動之一控制機構70。包括該聚焦光學系統4 = 依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭裝置1〇係安裝於 該控制機構70上，該控制機構70係基於該等循執伺服=號 與該等間隙飼服信號來驅動以在該循軌方向上移動與調整 該聚焦光學系統4並在該光軸方向（即，該間隙方向）上移動 與調整該聚焦光學系統4。 131071.doc •17- 200919461 在依據本具體實施例之磁記錄裝置i 〇〇中，旋轉該碟形 磁記錄媒體11，並且藉由該光學系統67來沿該光輔助磁頭 裝置10之光軸引導來自該光源單元62的具有一（例如）4〇〇 nm 之預疋波長的雷射光。因此，藉由該光輔助磁頭裝置10產 生的近場光係入射至該磁記錄媒體丨丨上。該光輔助磁頭裝 置10包括該聚焦光學系統4，其具有包括該物鏡3與該半球 形或超半球形SIL 2之一雙組透鏡。因此，如稍後所說 明，在該光輔助磁頭裝置10中，可藉由適當配置該主磁極 21(及其上的金屬層29)與該光軸並適當選擇針對透過該聚 焦光學系統4入射之光的電場振盪之方向來減低該點直徑 並尤其可間隔少於1〇〇 nm地接近該主磁極21佈置該點中 心 〇 當該點係入射至該旋轉的磁記錄媒體丨丨上時，一資訊記 錄#號係供應至該薄膜磁頭5之磁頭線圈。因此，一記錄 信號磁場係自該薄膜磁頭5之主磁極2丨的前尖端施加至該 磁記錄媒體11上以記錄一信號。 圖7係對於一空氣軸承滑件係用作該控制機構7 〇以用於 調整該循軌與間隙之一情況而言依據本發明之一具體實施 例的光輔助磁頭裝置10的部分斷面側視圖。在圖7中，對 應圖1中之該些部分的部分已指派相同參考數字並且其重 複說明係省略。在此空氣軸承構造中，該光輔助磁頭裝置 10係安裝於一滑件19上，該滑件19係於一懸臂18之自由端 處文到支撐。該光輔助磁頭裝置丨〇與該磁記錄媒體丨丨之間 的間隙係藉由該滑件19之浮動高度來調整，該滑件相對於 13I071.doc 200919461 面向該薄膜磁頭5的磁記錄媒體丨丨之移動或旋轉來浮動。 在依據本發明之一具體實施例的磁記錄裝置1〇〇中，實 施”被動控制”’其中使用該磁記錄媒體丨丨之移動或旋轉來 浮動該光辅助磁頭裝置丨〇。替代地，可實施"主動控制,，， 其中藉由使用圖7所示之控制裝置69控制一雙軸致動器或 類似者來實施對該光輔助磁頭裝置1〇之間隙與循軌的控 制。 圖8係其中實施此類主動控制的磁記錄裝置1〇〇之一範例 的示意圖。在此範例中，用以輔助該記錄的光之波長係不 同於用以偵測該間隙的光之波長。如圖8所示，該磁記錄 裝置100包括：一光源30 ;以及一準直透鏡31、一偏光分 光器33、-光束擴展器35及_分色稜齡，其係佈置於自 該光源30發射之光的光學路徑上。該分色棱鏡“反射來自 該光源30之光並且該聚焦光學系統4係佈置於此類反射光 之光學路徑上。一光偵測單元39(例如一光二極體)係佈置 於已藉由該偏光分光器33反射的返㈣之—光學路徑上， 其間具有一透鏡38。該磁記錄裝置1〇〇進一步包括一準直 透鏡41、一分光器42、一偏光分光器43、一四分之一波板 44及該分色稜鏡45,其係佈置於自另一光源牝發射之光的 光路徑上。該聚焦光學系統4係佈置於透過該分色稜鏡45 傳輸之光的光學路徑上。—光偵測單元5丨（例如—光二極 體）係佈置於藉由該分光器42反射的返回光之光路徑上， 其間具有一透鏡50。 工 自該光源30發射的輔助光係藉由該準直透鏡”轉換成一 13107 丨.doc 19· 200919461 平行光束’透過該偏光分光器33透射，並且藉由該光束擴 展器35來調整3玄光束寬度。接者’該光係藉由該分色稜鏡 45反射以入射至安裝於該控制機構7〇(其係一雙軸致動器 或類似者）上的聚焦光學系統4(即，該物鏡3與該sil 2) 上。 該磁記錄媒體11係藉由該驅動單元8〇(例如一轉軸馬達） 如箭頭r所示地旋轉。該箭頭Μ顯示該磁記錄媒體丨丨相對於 。亥^^焦光學糸統4之SIL 2的移動方向。藉由依據本發明之 一具體實施例的光輔助磁頭裝置1 〇，施加至該磁記錄媒體 11的辅助光較佳的係線性偏光與佈置，使得如箭頭ρ所 示’該電場振盪之方向係平行於該磁記錄媒體1 1之移動方 向Μ 〇 還可使用此類辅助光之返回光來實施循軌。在此類情況 下，自該磁記錄媒體11之記錄表面反射的返回光通過該 SIL 2與該物鏡3並係藉由該分色稜鏡45反射，通過該光束 擴展器35並接著係藉由該偏光分光器33反射並藉由該透鏡 38聚焦於該光偵測單元39上。於該光偵測單元39獲得一循 執信號或類似者。基於此類信號，於該控制裝置69產生一 循軌控制信號，並且使用該信號來驅動支撐該聚焦光學系 統4之控制機構7〇(例如一雙軸致動器）。 另一方面，來自該光源40之光係經由該準直透鏡41、該 分光器42、該偏光分光器43及該四分之一波板44發射至該 分色稜鏡45上。在該分色稜鏡45中，此類光係與來自該光 源30之光組合並經由該物鏡3與該SIL 2來施加至該磁記錄 131071.doc -20- 200919461 媒體11上以作為-光束點而用於偵測該間隙。自該磁記錄 媒體11反射之其返回光通過該分色稜鏡45與該四分之一波 板44,並且自該偏光分光器43汽漏的光係藉由該分光器42 反射，通過該透鏡50並係藉由該光偵測單元5丨偵測。 若該磁記錄媒體11與該SIL 2之間的間隙較大並且該光 係幾乎完全反射於該SIL端表面，則光之偏光可能於該仙 表面處波動，並且來自該返回路徑上之偏光分光器43的光 之P刀可。另-方面，若該磁記錄媒體“與該仙2 較近並且該近場光洩冑而存在接近正常的反射，則光之偏 光將存在較少改變，從而促使自該偏光分光器仰漏的光 量之減低。使用此類差異(即1全反射的返回光之數量 的改變）來偵測該間隙。 應注意，可使用各種其他方法作為偵測該SIL 2與該磁 記錄媒體U之間的間隙之方法，例如一谓測靜電電容之改 變的方法。 接下來，將參考圖9與10來詳細說明當使用該磁記錄裝 置100以辅助光照射該磁記錄媒體時的光照射狀態。 圖9顯示依據其中未在該主磁極上提供一用於。引起表面 電漿子共振之金屬層的—比較範例之—光輔助磁頭裝置， 而圖陶示依據本發明之一具體實施例之一光辅助磁頭裝 置。
在圖9所示之比較範例中，未在一主磁極i2i上提供一金 屬層’並且該主磁極121之一側表面12ls(其上入射該光叫 係沿該光軸C來佈置。該入射光Li傳播的方向係指定為Z 131071.doc -21 - 200919461 軸，電場振盪之方向p係指 磁記_之間的相對移動之方二:磁在;=置與該 錄磁軌的長度方向。 次桃己錄媒體上之記 圖9與10中的x方向係該㈣㈣m 成該薄膜磁頭時，該記 、… 里表碩係在此方向上串聯佈 上… 最小化該方位損失，較佳的係當在X方向 2動該磁記錄媒體時實施記錄與重製，並且通常該X方 設定為該等記錄磁軌的長度方向。該Y方向係設定為 如圖9所不，當已實施光學調整以使得該入射光Li之光 軸⑽沿著該主磁極121之側表面⑵叫，該點中心將係沿 X 、極121之側表面1218佈1於一磁記錄媒體側端表面 處。該光電場強度ELi，由於該入射光Li所致而於該爪之基 底表面上的焦點處增加並引起該鄰接主磁極1 21之介電偏 光。忒主磁極121係由一磁性金屬（例如c〇或沁之一合金） 組成’使得該等自由電子之激發的振動由於該入射光電場 EU'所致而發生。 於該金屬與該介電材料之間的介面處，藉由該入射光電 場來激發該等自由電子之振動。當該金屬與介電材料之介 電常數分別係表達為ε (ω)與ειη時，並且當條件 ε (ω) < 〇 I ε (ω) I > 8m 係滿足時’該等自由電子振盪將作為沿該介面之平面波 並作為隨著離該表面之距離增加而成指數衰減的消散波來 131071.doc -22- 200919461 傳播。在該表面上區域地激發的自由電子之此類振盪係稱 為"表面電漿子共振"（SPR) »
若自該主磁極121之端離開的入射光Li之偏光的平面 (即，該入射光之電場振盪之方向）係設定為X方向，則上 面說明的介電偏光效應僅發生於與該入射光Li之光軸相同 之側。因此，在與該入射光Li之光軸C相同之側的端處的 光電場強度係放大。由於此類區域電荷集中，一光點S，係 形成於與該入射光Li之光軸C相同之側上的主磁極121之端 附近。該光點S'的強度分佈係示意性顯示為Is，。 在此情況下’該光電場強度ELi1之Z成分激發於該主磁 極121之表面的表面電漿子spR,。電荷集中於該主磁極ι2ι 之側表面121 S的邊緣部分處，其範圍係覆蓋幾乎該主磁極 121之厚度的一半。即，在此情況下，該點s，之直徑係大 約》亥主磁極121之厚度的一半並且根據該主磁極κι之厚度 來限制該點直徑。 另一方面，圖10說明在依據本發明之一具體實施例的光 輔助磁頭裝置之情況下的光照射狀態。在圖i 〇中，對應圖 4B中之該些部分的部分已指派相同參考數字並^重複說 明係省略。 在”型金屬中存在大量自由電子，並且由於庫侖交互 由在該等自由電子之該密度中存在振I。該等自 成此類集體振Μ稱為”電漿子”並作為-平面波 處的電磁場2其中該介電材料與金屬相接觸的二維介面 穷&，該波數ksP可如以下等式（1)所示： 131071.doc -23- 200919461 ksp = (ω/c) χ V{ [ επί χ ε (ω) ] / [ ειη +ε (ω) ] } · · ·⑴ 其中ε (ω)係該金屬的介電常數而επί係該介電材料的介 電常數^ 在此情況下，當滿足先前說明的條件ε(ω)<0且|ε(ω)|>ειη 時，ksp將係一實數，並且將獲得上面說明的表面電襞子 共振狀態（SPR狀態）。此處，ksp係該表面電漿子共振頻 率。 對於具有一 650 nm之波長的光而言，Au、Ag及Co的介 電常數可如下：
Au ： -1 1.36 + 0.96i Ag ： -18.12 + 〇.68i Co ： -13.84+20.68i 藉由Au與Ag，該介電常數之虛數部分較小而可忽略， 並且因為滿足條件ε (ω)<0 ’故ksp可以係一實數並且上面 說明的表面電漿子共振可發生《另一方面，因為對於c〇而 言該介電常數之虛數部分較大，故ksp可能變成一虛數並 且表面電漿子共振可能很難發生。 因此，可使用Au、Ag或其合金作為依據本發明之一具 體實施例提供於該主磁極之光人射側上的金屬層之材料。 應注意，當使用Au合金或Ag合金時可在表面電漿子共振 發生並且可獲得預期點直徑與峰值功率之一範圍内設定構 成比率、附加材料之類型及類似者。 類似於圖9所示之範例’在圖1()所示之依據本發明之一 具體實施例的光輔助磁頭裝置中’當該入射光叫系線性偏 131071.doc -24 - 200919461
光並且電場振盪之方向p在該入射平面内時，該入射光電 場強度ELi之Z成分ELiz可促成於該金屬層29與該第一光學 區塊6a(其係一介電體）之間的介面處的表面電漿子SPr之 激發。即’當提供由促成該表面電衆子共振的（例如）Au或 Ag形成之金屬層29時’表面電衆子係更強烈地產生並且該 平面上的自由電子之振盪係更強烈地激發。此外，在該焦 平面附近該光電場強度ELi係最大化，並且於該金屬層29 之端處加強的介電偏光由於一邊緣效應所致亦發生。促成 該表面電漿子共振的自由電子係區域化於該金屬層29内 部，並特定言之係至該Au或Ag之集膚深度（即，10 11〇1至 20 nm)之一範圍。因此，由於該區域電場振盪所產生的近 場光點s變得實質上等於該金屬層29之膜厚度。該光點㈣ 強度分佈係顯示為IS。與圖9所示之光點s，的強度分佈is，相 比較’一半寬度較窄。 由上面說明之結果，依據本發明之一具體實施例，入射 至該聚焦光學系統上的光較佳的係線性偏光並且該電場振 盪之方向較佳的係與在該磁頭與該磁記錄媒體之間的相對 移動之方向平行地佈置，使得有效率地引起表面電浆子共 振。此外，該光軸較佳的係沿該金屬層之光入射側表面佈 、,注意，若該光軸未係佈置於該金屬層在γ方向上的中 而係自忒中〜偏移並佈置，則該點可能具有兩個峰值。 的係該光轴係在獲得-個每值之-範圍内 佈置於該金屬層之光入射側表面的中心。 131071.doc •25· 200919461
而實線13顯示僅提供一 SIL(即， 實線11顯示圖1 〇所示之依據本發明之 ’實線12顯示圖9所示之比較範例， — SIL(即，不提供一主磁極）的情況。 應注意，藉由π顯示之範例中的金屬層係一 Ag膜而藉由 顯示之範例中的主磁極21之材料係c〇。 針對該光學系統之條件係如下，該物鏡之數值孔徑係 0.75，該SIL之折射率針對該入射光之波長係丨％，該 材料係S-LAH58光學玻璃（0hara&司的產品名稱），而該入 射光之波長係400 nm。應注意，包括該物鏡3與該SIL 2的 聚焦光學系統4之有效數值孔徑係丨.44。 在此範例中，上面參考圖5A與5B說明的構造係如下： 在垂直於在該光輔助磁記錄頭與該磁記錄媒體之間的相對 移動之方向的方向上該主磁極21之深度Id及該主磁極21與 該輛25之寬度wm、Wy係設定以分別使得ld=3 μηι、 wm=0.15 μηι及 wy=4 μιη。 而且’該主磁極21之材料係Co，其在該X方向上之厚度 係140 nm，該金屬層29之材料係Ag，並且其在該X方向上 之厚度係10 nm。 依據FDTD(有限時域差分法）來實施分析。該SIL端表面 13107I.doc -26- 200919461 與该磁記錄媒體之表面之間的距離係設定為2〇打爪。 在藉由實線12顯示之比較範例的情況下，該點直徑係50 nm 至60 nm，其係大約該主磁極之厚度的一半，並且與不具 備一磁頭的藉由實線13顯示之一典型SIL之範例相比較， 該點之峰值功率係大約7 〇 %。 另方面，對於依據本發明之該具體實施例，如藉由實 線II所不’因為提供該金屬層，故該點直徑係減低，即小 型化至10 nm至20 nm，其實質上與該金屬層的厚度相同。 此外，由於該表面電漿子共振的電場加強效應所致，與一 典型肌相比較，該點之峰值功率係加強。應注意，當使 用Au作為β亥金屬層之材料時獲得一類似的強度分佈，且 中該峰值功率較高並㈣點直徑係減低至大約該金屬層: 厚度。 自上面說明之結果，依據本發明之_具體實施例，該金 屬層之厚度實質上對應所獲得的點直徑。該點直徑可僅兩
U 要能夠記錄最小預期記錄標記，制此該金屬層之厚度; 不大於該最小記錄標記之長度。 方面料取小厚度，該金屬層可僅需要足夠厚以 使表面電激子共振發生’並且通常係大約3 nm至10 nm。 因^當該厚度低於1 _夺該等表面謝可能存在-更大 二:損失’故該金屬層之厚度可能需要係至少一並應 較佳的係至少3 nm。 應 如先前所說明，佑摅士 置該辅助光之光點= 具體實施例’可緊密佈 ' 於°己錄的磁頭之主磁極，即可將該 131071.doc •27- 200919461 光點佈置於該主磁極之一端部分上。 而且，依據本發明之一具體實施例，可小型化該光點直 ^ 且特定吕之可實現一 50 nm或更小的點直徑並在該主 磁極之一端部分上形成此類微小點。 由於緊密佈置該光點與該主磁極及減低該點直徑的兩個 效應’可獲得由於該光輔助效應所致之—較大記錄磁場梯 度。因此，可減低該記錄標記長度並改良該記錄密度。 藉由上述所獲得的較大記錄磁場梯度，可以較高磁各向 異性能（Ku)來在一記錄媒體上記錄資料。因此，可增加該 記錄密度，並同時抑制熱磁鬆弛並從而延長所記錄資料的 哥命。 即’依據本發明之-具體實施你i，可提供-光輔助磁頭 裝置，其實現以現有磁記錄/重製裝i難以實現之一超過 每平方英吋1兆位兀的高記錄密度。冑由適當選擇該材料 與該金屬層之厚度，可於自該記錄頭磁極一 10 nm之等級 的距離處佈置具有—1G nm之等級的點直徑之—光點。因 而’可同時獲得—充足的記錄磁場與光點強度。因此，因 為可使用其中可不藉由現有技術實施記錄的具有一高矯頑 力記錄膜之-磁記錄媒體’故可將該等記錄域減低至10⑽ 或以下並從而實現一改良的記錄密度。 應注意’本發明並不限於上面說明的具體實施例並可經 党各種修改與改變而不脫離其範4。例如，在依據本發明 之具體實施例的光輔助磁頭裝置與光輔助磁記錄媒體 中’可允許針對該光軸與該金屬層在言亥薄膜磁頭之主磁極 13107I.doc • 28- 200919461 上的位置之一邊限在一光學可調整範圍内。例如，即使該 光軸係在針對光學調整之邊限的範圍内自該金屬層之入射 側表面的中心位移，仍可使用與當該光點係佈置於中心時 相同之方式來以一 10 nm之等級在該主磁極之端部分上緊 密地佈置該光點之峰值位置。 另一方面，當該光軸係在該金屬層之Y方向上佈置於一 端部分上時，可能不會獲得一適合的光電場能量分佈並且 可能不會獲得與本發明之一具體實施例相同的效應。該入 射光電場分佈可表示在該焦平面附近之一高斯（Gaussian) 分佈。然而，為了於該主磁極之端部分處具有一單頂峰 值，其中該入射光電場可實質上恆定的高斯分佈之峰值或 附近可能需要匹配該金屬層之端。咸信此係藉由該SIL產 生之點直徑的大約1 /3至1 /4之一範圍。 即’依據本發明之一具體實施例，可允許佈置該金屬層 與該光軸從而使其具有一在其中在該光電場能量分佈中僅 存在一個峰值之一範圍内的位移。 此外’在依據本發明之一具體實施例的光輔助磁記錄方 法中，可在該聚焦光學系統中使用一不同的近場光照射器 件（例如一 SIM(固態浸沒鏡））而不使用一 SIL。 熟習此項技術者應明白根據設計要求及其他因素，各種 修改、組合、次組合及變更均可出現，只要其在隨附申請 專利範圍或其等效物的範疇内。 【圖式簡單說明】 圖1係依據本發明之一具體實施例的一光輔助磁頭裝置 131071.doc -29- 200919461 之不意斷面圖。 圖2係依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭裝置之 一主要部分的示意透視圖。 圖3係其中該頭裝置之一部分已切掉的依據本發明之一 具體實施例的光輔助磁頭裝置的示意透視圖。 圖4A與4B係依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭 裝置之一主要部分的示意斷面圖。 圖5A與5B係依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭 裝置之一主要部分的示意斷面圖與示意平面圖。 圖6係依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭裝置的 不意圖。 圖7係依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭裝置的 不意圖。 圖8係依據本發明之一具體實施例的光輔助磁頭裝置的 示意圖。 圖9係顯示在依據一比較範例之一光輔助磁頭裝置之一 主磁極附近的一入射光電場與一光點的圖式。 圖1 〇係用於說明在依據本發明之一具體實施例的光輔助 磁頭裝置之一主磁極附近的一入射光電場與一光點的圖 式。 ’、 圖π係顯示在依據本發明之一具體實施例、—比較範例 及一現有範例的光輔助磁頭裝置之一主磁極附近的個別點 強度分佈的曲線圖。 【主要元件符號說明】 131071.doc -30- 200919461
L 2 半球形或超半球形SIL 2P 球形部分 2S 球形部分 3 物鏡 4 聚焦光學系統 5 薄膜磁頭 6a 第一光學區塊 6ah 頭形成表面 6b 第二光學區塊 10 光輔助磁頭裝置 11 磁記錄媒體 12 終端引線部分 15 基板 16 軟磁層 17 記錄層 18 懸臂 19 滑件 21 主磁極 22 絕緣層 23 螺旋導體 23A 下部線圈層 23B 上部線圈層 23C 連接部分 24 絕緣層 131071.doc •31 - 200919461
25 軛 26 絕緣層 27 光學黏著劑 29 金屬層 29S 表面 30 光源 31 準直透鏡 33 偏光分光器 35 光束擴展器 38 透鏡 39 光偵測單元 40 光源 41 準直透鏡 42 分光器 43 偏光分光器 44 四分之一波板 45 分色稜鏡 50 透鏡 51 光偵測單元 62 光源單元 64 安裝部分 65 記錄信號電路 66 光偵測單元 67 光學系統 131071.doc -32- 200919461 68 分光器 69 定位控制裝置 70 控制機構 80 驅動單元 100 磁記錄裝置 121 主磁極 121S 側表面 Li 入射光 ν' S 光點 S' 光點 SPR 表面電聚子 SPR' 表面電聚子 13107丨.doc •33 -

Claims (1)

  1. 200919461 、申請專利範圍： 種光辅助磁頭裝置，其包含 1. 聚焦光學系統；以及 一薄膜磁頭，其包括-主磁極， 其中該聚焦光學系祐4 沒透鏡，以及 m半球形或超半球形固態浸 光==頭包括一金屬層，其引起該主磁極之-光入射側上的表面電聚子共持 2_如請求項1之光輔助磁頭裝置，其中 線性偏光係入射i马·;^ , 帝曰. t焦光學系統上並且該入射光之 電場振盪之一方向係沿在咳 先輔助磁頭裝置與一磁記錄 媒體之間的相對移動之—方向來佈置。 3. 如请求項1之光輔助磁頭裝置， 其中該薄膜磁頭係用於垂直磁記錄之一單極磁頭， 其中該金屬層係在該光輔助磁頭裝置與一磁記錄媒體 之間的相對移動之一方向上之—& 月’J k處提供於該主磁極 之一側表面上，以及 其中該金屬層係沿該聚焦光學系統之一光轴佈置。 4. 如請求項3之光輔助磁頭裝置，其中 該光軸係佈置於該金屬層之—中心部分。 5. 如請求項1之光輔助磁頭裝置，其中 提供於該主磁極上的該金屬層之一材料係Au、Ag、 Au合金及Ag合金之一者。 6. 如請求項1之光輔助磁頭裝置，其中 131071.doc 200919461 該主磁極上的該金屬層之一厚产将 赝义与度係至少1 nm並且不大 於欲記錄於一磁記錄媒體上一最 丄又珉j、屺錄標記長度。 7.如Μ求項1之光辅助磁頭裝置，其中 該固態浸沒透鏡包括形成該透鏡之—球形部分之一球 形部分與面向-磁記錄媒體之—光學材料部分，並且該 薄膜磁頭係形成於該光學材料部分上。 8. 一種光輔助磁記錄裝置，其包含： 一光源單元； 一磁記錄媒體安裝單元； —薄膜磁頭，其包括一主磁極； 一 S己錄jg號控制單元；以及 一聚焦光學系統，其將&自 竹尤自》亥先源早兀導向該薄膜磁 頭， 其中該聚焦光學系統包括一丰 牛球心或超半球形固態浸 沒透鏡，以及 其中該薄膜磁頭包括—金屬 屬層其弓丨起該主磁極之一 光入射側上的表面電漿子共振。 9. 如請求項8之光輔助磁記錄裝置，其中 該薄臈磁頭係安裝於-空氣軸承滑件上。 10. 如請求項8之光辅助磁記錄裝置， 其中該薄膜磁頭係安梦 _ ^ 竹以於—致動器上，該致動器在-與 磁δ己錄媒體之一表面正交 之°亥方向上實施定位，以及 其中來自該磁記錄媒體计，系 透過—近場的返回光係用以 控制該薄臈磁頭與該磁圮伴 域0己錄媒體之間之一距離。 13J071.doc 200919461 π·-種光輔助磁記錄方法，其包含以下步驟： 於一聚焦光學系統之一聚焦的點位置處佈置一薄膜磁 頭； 提供一金屬層’其引起該薄膜磁頭之一主磁極上的表 面電漿子共振；以及 藉由自提供該主磁極之該金屬層的一前端位置施加近 場光來在一磁記錄媒體上實施記錄。
    131071.doc
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