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耦合有粘附層的近場換能器.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610428918.5

申請日:

2016.06.16

公開號:

CN106257585A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G11B 5/31申請日:20160616|||公開
IPC分類號: G11B5/31; G11B5/60 主分類號: G11B5/31
申請人: HGST荷蘭公司
發明人: 卞曉平; 戴青; A.C.拉姆; B.C.斯蒂普
地址: 荷蘭阿姆斯特丹
優先權: 2015.06.16 US 14/741,390
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所 11105 代理人: 邱軍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610428918.5

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

一種系統,根據一個實施例,包括近場換能器;在該近場換能器的面向介質側上的粘附層,該粘附層包括鎳和鉻;以及在該粘附層的面向介質側上的保護層。在附加的實施例中描述了其它系統和方法。

權利要求書

1.一種系統,包括:
近場換能器;
在所述近場換能器的面向介質側上的粘附層,所述粘附層包括鎳和鉻;以及
在所述粘附層的面向介質側上的保護層。
2.如權利要求1所述的系統,其中所述粘附層中的鎳和鉻的比例在原子百分比基礎上
的75:25至25:75的范圍中。
3.如權利要求1所述的系統,其中所述粘附層的厚度在2埃和16埃之間。
4.如權利要求1所述的系統,其中所述粘附層的厚度在2埃和6埃之間。
5.如權利要求1所述的系統,其中所述近場換能器包括金。
6.如權利要求1所述的系統,其中所述近場換能器具有凹口。
7.如權利要求1所述的系統,其中所述粘附層的至少一種成分被氮化。
8.如權利要求7所述的系統,其中所述粘附層中的鎳和鉻的比例在大于0:1至大約67:
33原子百分比基礎的范圍中。
9.如權利要求1所述的系統,其中所述保護層包括氮化硅。
10.如權利要求1所述的系統,包括
磁介質;
用于在所述近場換能器上通過磁介質的驅動機構;以及
電耦合至具有所述近場換能器的磁頭的控制器。
11.一種系統,包括:
用于加熱磁介質的近場換能器;
用于照射所述近場換能器的光源;
鄰近所述近場換能器的寫入極;
在所述近場換能器的面向介質側上的粘附層,所述粘附層包括鎳和鉻;以及
在所述粘附層的面向介質側上的保護層。
12.如權利要求11所述的系統,其中所述粘附層中的鎳和鉻的比例在原子百分比基礎
上的75:25至25:75的范圍中。
13.如權利要求11所述的系統,其中所述粘附層的厚度在2埃和16埃之間。
14.如權利要求11所述的系統,其中所述近場換能器包括金。
15.如權利要求11所述的系統,其中所述近場換能器具有凹口。
16.如權利要求11所述的系統,其中所述粘附層的至少一種成分被氮化。
17.如權利要求16所述的系統,其中所述粘附層中的鎳和鉻的比例在原子百分比基礎
上的大于0:1至大約67:33的范圍中。
18.如權利要求11所述的系統,其中所述保護層包括氮化硅。
19.如權利要求11所述的系統,包括:
磁介質;
用于在所述近場換能器上通過磁介質的驅動機構;以及
電耦合至具有所述近場換能器的磁頭的控制器。
20.一種方法,包括:
在近場換能器的面向介質側上形成粘附層,所述粘附層包括鎳和鉻;以及
在所述粘附層的面向介質側上形成保護層。

說明書

耦合有粘附層的近場換能器

技術領域

本發明涉及數據存儲系統,且更具體的,本發明涉及具有改善的近場換能器(NFT)
結構的熱輔助磁記錄(HAMR)寫頭及其制造方法。

背景技術

計算機的核心是磁硬盤驅動器(HDD),其通常包括旋轉磁盤,具有讀頭和寫頭的滑
塊,在旋轉盤上的懸架臂(suspension arm),以及致動器,該致動器使懸架臂擺動以將讀頭
和/或寫頭放置在旋轉盤上的所選擇的數據磁道上。當盤不旋轉時,懸架臂偏移滑塊與盤的
表面接觸,但是當盤旋轉時,空氣由鄰近滑塊的空氣軸承表面(ABS)的旋轉盤打旋
(swirled),導致滑塊以自旋轉盤的表面的微小距離騎(ride)在空氣軸承上。當滑塊騎在空
氣軸承上時,寫頭和讀頭被用于將磁印(impression)寫入旋轉盤并從旋轉盤讀取磁信號
場。讀頭和寫頭連接至根據計算機程序運行的處理電路,以實現寫入和讀取功能。

信息時代的信息處理量迅速地增加。特別的,期望HDD能夠在其有限的面積和體積
中存儲更多的信息。滿足該期望的技術手段是通過增加HDD的記錄密度來增加容量。為實現
更高的記錄密度,記錄位的進一步微型化是有效的,其進而通常需要越來越小的部件的設
計。

然而,各種部件的進一步微型化呈現其各自的挑戰和障礙。對使用在磁盤驅動器
中的磁介質中的更高的存儲位密度的持續需求已經將數據單元的尺寸(體積)減小至單元
尺寸受限于磁性材料的晶格尺寸的程度。盡管晶格尺寸可以進一步減小,令人擔憂的是存
儲在單元內的數據不再熱穩定,這是由于環境溫度下的熱波動足以擦除數據。該狀態被描
述為超順磁極限(superparamagnetic limit),其決定了對于給定磁介質的最大理論存儲
密度。可以通過增加磁介質的矯頑力和/或降低溫度來提升該極限。然而,當設計用于商業
和消費使用的硬盤驅動器時,降低溫度是不切實際的選擇。可替代的,提升矯頑力是實際的
方案,但需要采用更高磁矩材料的寫頭,這將使數據記錄更具挑戰性。

已經提出一種方案,其采用熱量來降低磁介質表面上的局部區域的有效矯頑力,
并在該被加熱的區域內寫入數據。當將介質冷卻至環境溫度時,數據狀態變為“固定的”。該
技術被廣泛地且可互換地稱為HAMR(“熱輔助磁記錄”),或者TAR或TAMR(“熱輔助(磁)記
錄”)。HAMR可以應用至縱向和垂直記錄系統兩者,盡管技術存儲系統的最高密度狀態更可
能是垂直記錄系統。已經通過多種技術(例如聚焦激光束或近場光源)實現了介質表面的加
熱。

發明內容

根據一個實施例的系統,包括近場換能器;在該近場換能器的面向介質側上的粘
附層,該粘附層包括鎳(Ni)和鉻(Cr);以及在該粘附層的面向介質側上的保護層。

根據另一實施例的系統,包括用于加熱磁介質的近場換能器;用于照射該近場換
能器的光源;鄰近該近場換能器的寫入極;在該近場換能器的面向介質側上的粘附層,該粘
附層包括鎳和鉻;以及在該粘附層的面向介質側上的保護層。

根據又一實施例的方法,包括在近場換能器的面向介質側上形成粘附層,該粘附
層包括鎳和鉻;以及在該粘附層的面向介質側上形成保護層。

這些實施例中的任何一個可以在磁性數據存儲系統中實現,例如在磁盤驅動系統
中,其可以包括磁頭、用于在磁頭上通過磁介質(例如硬盤)的驅動機構、以及電耦合至磁頭
的控制器。

通過以下詳細說明(其結合附圖通過示例的方式解釋本發明的原理),本發明的其
它方面和優點將變得顯而易見。

附圖說明

為了充分地理解本發明的性質和優點、以及使用的優選模式,應當結合附圖來參
考閱讀以下詳細說明。

圖1是根據一個實施例的磁記錄磁盤驅動器系統的簡化圖。

圖2A是根據一個實施例的具有螺旋線圈的垂直磁頭的截面圖。

圖2B是根據一個實施例的具有螺旋線圈的背負式磁頭的截面圖。

圖3A是根據一個實施例的具有環形線圈的垂直磁頭的截面圖。

圖3B是根據一個實施例的具有環形線圈的背負式磁頭的截面圖。

圖4是根據一個實施例的垂直記錄介質的示意圖。

圖5A是根據一個實施例的記錄頭以及圖4的垂直記錄介質的示意圖。

圖5B是根據一個實施例的記錄裝置的示意圖,該記錄裝置配置為分別在垂直記錄
介質的兩側上記錄。

圖6是根據一個實施例的薄膜垂直寫頭的局部截面圖。

圖7A-7B是根據一個實施例的具有NFT的HAMR磁頭的局部側視圖。

圖8A是根據一個實施例的具有NFT的HAMR磁頭的部分側視圖。

圖8B是沿框8B截取的圖8A的磁頭的詳細側視圖。

圖8C是沿線8C-8C截取的圖8B的磁頭的喉視圖。

圖9是根據一個實施例的實驗數據的表格。

圖10是根據一個實施例的方法的流程圖。

圖11是根據一個實施例的具有NFT的HAMR磁頭的局部側視圖。

具體實施方式

進行以下說明是為了解釋本發明的一般原理,而非意在限制本文所要求保護的創
造性概念。此外,本文所描述的特定特征可以與所描述的其它特征以各種可能的結合和變
換方式結合在一起。

除非本文另有特別限定,賦予所有術語盡可能最寬泛的解釋,包括由說明書所暗
示的含義、以及本領域技術人員所理解的含義、和/或如字典、協議等所定義的含義。

還必須注意,如說明書和所附權利要求中所用的,單數形式“一”、“一個”和“該”包
括復數指代物,除非另有規定。

以下說明公開了磁盤式存儲系統和/或相關的系統和方法,以及它們的運行和/或
部件的若干優選實施例。本文描述的各種實施例實現了具有NFT以及耦合有粘附層的磁記
錄頭。相應的,本文的方式包括具有改善的NFT結構及其功能性的HAMR寫頭。

在一個概括性實施例中,一種系統包括近場換能器;在該近場換能器的面向介質
側上的粘附層,該粘附層包括鎳和鉻;以及在粘附層的面向介質側上的保護層。

在另一概括性實施例中,一種系統包括用于加熱磁介質的近場換能器;用于照射
該近場換能器的光源;鄰近該近場換能器的寫入極;在該近場換能器的面向介質側上的粘
附層,該粘附層包括鎳和鉻;以及在該粘附層的面向介質側上的保護層。

在又一概括性實施例中,一種方法包括在近場換能器的面向介質側上形成粘附
層,該粘附層包括鎳和鉻;以及在該粘附層的面向介質側上形成保護層。

現在參考圖1,示出了根據本發明的一個實施例的磁盤驅動器100。如圖1所示,至
少一個可旋轉的磁介質(例如磁盤)112被支承在主軸114上,并通過驅動機構旋轉,驅動機
構可以包括磁盤驅動電機118。在每個盤上的磁記錄可以是在盤112上的同心數據磁道(未
示出)的環形圖案的形式。因此,磁盤驅動電機118優選使磁盤112在磁讀取/寫入部分121上
通過,下面將立即描述。

至少一個滑塊113設置在盤112附近,每個滑塊113支承例如根據本文所描述和/或
所暗示的方式的任意一個的磁頭的一個或多個磁讀取/寫入部分121。隨著盤旋轉,滑塊113
在盤表面122上徑向地移動進出,從而部分121可以訪問(access)盤的不同磁道,期望的數
據被記錄和/或寫入這些磁道。每個滑塊113通過懸架115被附接至致動器臂119。懸架115提
供偏移滑塊113抵靠盤表面122的輕微彈力。每個致動器臂119被附接至致動器127。如圖1所
示的致動器127可以是音圈電機(VCM)。VCM包括在固定磁場內可移動的線圈,線圈移動的方
向和速度由控制器129提供的電機電流信號控制。

在磁盤存儲系統運行期間,盤112的旋轉在滑塊113和盤表面122之間產生空氣軸
承,其在滑塊上施加向上力或升力。從而在正常運行期間,空氣軸承抗衡(counter-
balance)懸架115的輕微彈力,并且以小的、基本恒定的間距支承滑塊113離開并稍微高于
盤表面。注意到,在一些實施例中,滑塊113可以沿盤表面122滑動。

磁盤存儲系統的各種組件的運行由控制單元129產生的控制信號(諸如存取控制
信號和內部時鐘信號)控制。典型地,控制單元129包括邏輯控制電路、存儲裝置(例如存儲
器)和微處理器。在優選的方式中,控制單元129電耦合(例如經由導線、線纜、線路等)至一
個或多個磁讀取/寫入部分121,以控制其運行。控制單元129產生控制信號(諸如,在線路
123上的驅動電機控制信號以及在線路128上的磁頭位置和尋找控制信號)以控制各種系統
運行。在線路128上的控制信號提供期望的電流分布以最佳地移動滑塊113并將滑塊113放
置到盤112上的期望的數據磁道。通過記錄通道125從讀取/寫入部分121往返地傳達讀取信
號和寫入信號。

磁盤存儲系統的以上說明以及圖1的附圖僅是為了表示目的。顯而易見的是,磁盤
存儲系統可以包含多個盤和致動器,且每個致動器可以支承多個滑塊。

還可以提供接口用于磁盤驅動器和主機(內部或外部)之間的通信,以發送和接收
數據,并用于控制磁盤驅動器的運行以及將磁盤驅動器的狀態傳達至主機,所有這些將由
本領域技術人員所理解。

關于磁頭,其中的感應寫入部分包括嵌入一個或多個絕緣層(絕緣堆疊體)中的線
圈層,該絕緣堆疊體位于第一極片層和第二極片層之間。可以通過在寫入部分的空氣軸承
表面(ABS)處的間隙層在第一極片層和第二極片層之間形成間隙。極片層可以在背間隙
(back gap)處相連接。電流通過線圈層傳達,在極片中產生磁場。磁場跨越(fringe
across)ABS處的間隙,以將磁場信息的位寫入移動介質上的磁道中,例如旋轉磁盤上的磁
道中。

第二極片層具有從ABS延伸至展開點(flare point)的極尖部分,以及從展開點延
伸至背間隙的軛(yoke)部分。展開點是第二極片開始變寬(展開)以形成軛的位置。展開點
的設置直接影響用來將信息寫入到記錄介質上所產生的磁場的幅度。

圖2A是根據一個實施例的垂直磁頭200的截面圖。在圖2A中,螺旋線圈210和212用
于在針極(stitch pole)208中形成磁通,其隨后將該通量傳遞至主極206。線圈210表示從
頁面向外延伸的線圈,而線圈212表示延伸進入頁面的線圈。針極208可以從ABS 218凹陷。
絕緣216圍繞線圈且可以為一些元件提供支承。介質行進的方向,如結構的右側的箭頭所表
示,首先使介質移動通過下返回極214,隨后通過針極208,主極206,尾部屏蔽件204(其可以
連接至環繞屏蔽件(未示出)),最后通過上返回極202。這些部件中的每一個可以具有與ABS
218接觸的部分。ABS 218被表示為跨越結構的右側。

通過驅動通量通過針極208進入主極206,且隨后至設置為朝向ABS 218的盤的表
面來實現垂直寫入。

圖2B示出了具有類似于圖2A的磁頭200的特征的背負式磁頭201的一個實施例。如
圖2B所示,兩個屏蔽件204、214側面包圍(flank)針極208和主極206。還示出了傳感器屏蔽
件222、224。傳感器226通常設置在傳感器屏蔽件222、224之間。

圖3A是垂直磁頭300的另一實施例的示意圖,其使用環形線圈310來提供至針極
308的通量,該配置有時被稱為餅形(pancake)配置。針極308提供通量至主極306。在這樣的
布置的情況下,下返回極是可選的。絕緣316圍繞線圈310,且可以為針極308和主極306提供
支承。針極可以從ABS 318凹陷。介質行進的方向,如結構的右側的箭頭所表示,首先使介質
移動通過針極308,主極306,尾部屏蔽件304(其可以連接至環繞屏蔽件(未示出)),最后通
過上返回極302(所有這些部件可以具有或可以不具有與ABS 318接觸的部分)。ABS 318被
表示為跨越結構的右側。在一些實施例中,尾部屏蔽件304可以與主極306接觸。

圖3B示出了具有類似于圖3A的磁頭300的特征的背負式磁頭301的另一實施例。如
圖3B所示,背負式磁頭301還包括環形線圈310,其環繞以形成餅形線圈。附加地示出了傳感
器屏蔽件322、324。傳感器326通常設置在傳感器屏蔽件322、324之間。

在圖2B和圖3B中,可選的加熱器示出為接近磁頭的非ABS側。加熱器(Heater)還可
以被包括在圖2A和圖3A所示的磁頭中。該加熱器的位置可以基于設計參數(例如突起的期
望的位置、周圍層的熱膨脹系數等)改變。

圖4提供了簡化的垂直記錄介質400的示意圖,其還可以與例如圖1所示的磁盤記
錄系統一起使用。如圖4所示,垂直記錄介質400,其可以是各種方式的記錄盤,至少包括合
適的非磁性材料(例如玻璃、鋁等)的支承基板402,以及設置在基板402上的具有高磁導率
的材料的軟磁底層404。垂直記錄介質400還包括設置在軟磁底層404上的磁記錄層406,其
中磁記錄層406優選的具有相對于軟磁底層404的高矯頑力。軟磁底層404和磁記錄層406之
間可能有一個或多個附加的層(未示出),例如“交換中斷”層或“中間層”。

磁記錄層406中的磁脈沖的取向實質上垂直于記錄層的表面。軟磁底層404的磁化
取向在軟磁底層404的平面中(或平行于軟磁底層404的平面)。如圖4特別示出的,軟磁底層
404的平面內磁化可以由延伸進入頁面的箭頭所代表。

圖5A示出了垂直磁頭508和圖4的垂直記錄介質400之間的運行關系。如圖5A所示,
磁通510(其在垂直磁頭508的主極512和返回極514之間延伸),環繞進出磁記錄層406和軟
磁底層404。軟磁底層404有助于將來自垂直磁頭508的磁通510在基本垂直于磁介質的表面
的方向上聚集在磁記錄層406中。相應的,產生在垂直磁頭508和軟磁底層404之間的強磁場
使得信息能夠被記錄在磁記錄層406中。磁通進一步通過軟磁底層404被引導(channeled)
返回至磁頭508的返回極514。

如上文所述,軟磁底層404的磁化取向在軟磁底層404的平面中(或平行于軟磁底
層404的平面),且可由延伸進入頁面的箭頭所代表。然而,如圖5A所示,該軟磁底層404的平
面內磁化可以在暴露至磁通510的區域中旋轉。

圖5B示出了圖5A所示結構的一個實施例,其中軟磁底層404和磁記錄層406(以及
鄰近磁記錄層406的外表面設置的合適的記錄磁頭508)設置在基板402的相反側上,由此允
許在介質的每側上進行記錄。

參考各個創造性實施例,除非本文另有說明,圖1-5B的結構的各種部件,以及本文
公開的其它實施例的各種部件,可以具有常規的(多種)材料、設計、和/或使用常規技術來
制造,在閱讀本公開時,這些對于本領域技術人員來說將變得顯而易見。

如之前提到的,HAMR或等同的TAR,是在磁記錄介質(例如盤、帶等)上記錄信息的
方法。圖6繪示了根據一個實施例的示例性HAMR磁頭600的局部截面圖。當然,圖6所示的示
范性磁頭僅為示例,且任何常規或新型的磁頭構造可以結合各種實施例來使用。作為選擇,
本磁頭600可以結合來自本文所列舉的任何其它實施例的特征來實現,例如參考其它附圖
所描述的實施例。當然,然而,這樣的磁頭600以及本文呈現的其它磁頭可以使用在各種應
用和/或變換中,無論這些應用和變換是否在本文所列舉的示例性實施例中特別描述過。此
外,本文呈現的磁頭600可以使用在任何期望的環境中。

應當注意的是,圖6中示出的部件的尺寸可能是相對于其它部件夸大的(例如大于
通常觀察到的),其非意在限制本發明。此外,為了簡化和闡明所呈現的結構,可能在后續的
附圖和/或說明書中省略了間隔層和絕緣層。因此,盡管圖6示出了HAMR磁頭600的示例性截
面圖,附加的和/或可替代的層以及層的結合可以用于結構中,如相關技術人員在閱讀本公
開時所能理解的,這些層包括絕緣層、粘附層等。另外,與磁頭600相關的任意所描述的層可
以由多層構成,多層可以是或不是相同的材料。

現在參考圖6,磁頭600包括耦合至主極604的返回極602,主極604的一部分設置為
朝向面向介質側(ABS)。極602、604可以包括常規的磁性合金或材料。用于極602、604的示范
性材料包括鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鉻(Cr)等,和/或它們的組合,例如NiFe、CoFe、CoNiFe、
CoFeCr等。

磁頭600還包括光波導606,其由覆層608、610、612圍繞。根據本實施例,覆層608、
610、612被示出為至少延伸至彎曲側614;但在其它實施例中,一些或所有的覆層可以不延
伸至彎曲側614。

此外,覆層610中的一層在波導606和NFT623之間形成凹陷。進一步的,覆層610還
直接鄰近波導606的一側,例如沿其帶(stripe)高度平行于波導606的縱軸延伸。另外,覆層
612中的另一層沿NFT 623的前邊緣側延伸,由此形成面向介質側的一部分。因此,在一些實
施例中,波導606可以設置為鄰近兩個覆層610、612,例如,如圖6所示。

在各種實施例中,覆層608、610、612可以包括本領域技術人員已知的任何材料,例
如Al2O3、SiO2等,和/或它們的復合物。此外,覆層608、610、612可以包括相同、類似或不同的
材料,取決于期望的實施例。

波導606延伸至具有近場光源616(例如激光器)的彎曲側614。然而,在其它方式
中,光波導606可以與NFT 623分隔開大約100mm和大約10nm之間,但取決于期望的實施例可
以更高或更低。

光源616發射光信號(例如光),其理想地直接沿光波導606朝向NFT 623。因此,波
導606通常用于將光能量傳遞至NFT 623,NFT 623可以用于加熱磁介質,例如通過在磁介質
628的表面上形成小的熱點,由此當其在介質行進650的預定方向上行進時,引起磁介質628
(例如盤)表面的隔離加熱。波導606優選包括具有高折射率(例如至少高于覆層608、610、
612)的材料,由此有助于保持從光源616發射的在波導606內的光信號。用于波導606的示例
性材料包括但不限于TaOx、TiOx、NbOx、ZrOx、HfOx等,和/或它們的復合物。用于波導606的其
它示范性材料可以包括Ta2O5,和/或TiO2。

覆層608、610、612優選包括具有低折射率的材料,例如,從而保持限制在波導的側
壁內的光信號。通常,低折射率材料可以包括具有低于大約1.75的折射率的任何材料,但取
決于期望的實施例可以更高或更低。在其它方式中,低折射率可以低于波導606的折射率。
用于覆層608、610、612的示例材料包括折射氧化物(例如AlOx、SiOx等),或具有期望的低折
射率的其它常規材料。

如圖所示,波導606可以具有沿其長度近似均勻的截面。波導606的厚度可以名義
上在大約200nm和大約400nm之間,但優選厚于開口624。

然而,如本領域公知的,波導606和/或覆層可以具有多種其它可能的設計,包括具
有沿波導的長度的非均勻芯截面的平面固體浸沒鏡(planar solid immersion mirror)或
平面固體浸沒透鏡(planar solid immersion lens)。因此,根據各種方式,波導606可以具
有如本領域技術人員所選擇的任何其它截面輪廓,例如矩形、正方形、三角形、圓形等截面。

繼續參考圖6,磁頭600還包括設置在常規絕緣層620(例如氧化鋁)中的寫入線圈
618。如本領域技術人員將理解的,通過在返回極602中引起磁場,寫入線圈可以輔助磁頭
600執行寫入操作,該磁場傳遞至主極604并集中在磁唇662中,磁唇662用于寫入由其分隔
開的磁介質628(例如磁盤)。換言之,磁唇662可以作為寫入極。因此,磁唇662優選的磁耦合
至主極604和返回極602。在其它實施例中,主極604可以具有接近主極604的下部的階梯。還
優選的是,磁唇622具有筆直的和基本垂直的(垂直于沉積的平面)背邊緣621,例如距離磁
頭600的面向介質表面最遠。

此外,NFT 623被示出為包括開口624(例如C型開口)以及在其下面的可以輔助執
行寫入操作的導電金屬膜主體626。NFT 623可以用于加熱磁介質,由此軟化其磁性顆粒的
磁穩定性。可以從光源616經由波導606向NFT 623供給用來加熱磁介質的能量。在優選的實
施例中,這允許磁場集中在磁唇622以影響介質682上的磁性顆粒的磁取向,例如用來執行
寫入操作。因此,期望NFT 623定位為鄰近磁唇622,例如圖6所示。

根據一種方式,導電金屬膜主體626可以具有圓形截面形狀以及從其延伸的凹口,
例如本領域技術人員將理解的“棒棒糖式天線(lollipop antenna)”。然而,取決于期望的
實施例,導電金屬膜主體626可以具有任何形狀,例如E型。

此外,可能有利的是將熱量限制在大約單個的數據磁道,其可能近似40nm寬或更
小。候選的近場光源通常使用低損耗等離子體金屬(金、銀、鋁、銅等),其定型為使得當光入
射時,使表面電荷運動(surface charge motion)集中在定位于面向滑塊介質側的尖頂。振
蕩尖端電荷可以形成加熱盤的強近場模式。有時,金屬結構可以形成諧振電荷運動(表面等
離子體)以進一步增加強度和盤加熱。例如,當偏振光與三角形金板的角落對準時,可以在
該角落形成強近場模式。可以通過調整三角形尺寸以使表面等離子體頻率匹配入射光頻率
來使諧振電荷運動發生。另一近場換能器是來自施加至光頻率的微波電路的凹口槽波導
(也稱為C開口)。光偏振可以與凹口對準,且入射光可以使表面電荷集中在凹口的尖端。

根據一個實施例,磁唇622可以具有近似等于主體626的名義長度的名義長度(如
在帶高度方向上從面向介質側測得),但是長度可以不同,長度例如由近場光源、NFT和/或
磁唇的性能和/或性質來決定。此外,根據各種其它實施例,磁唇622的長度可以在大約50nm
至大約500nm之間變化,更優選的在大約50nm和大約200nm之間,但取決于期望的實施例可
以更高或更低。

然而,盡管開發了例如圖6的示范性實施例所示的HAMR磁頭,發明人發現了由加熱
NFT而產生的不期望的效應,如很快將變的顯而易見的。見圖7A,示出了具有NFT 702的部分
的HAMR磁頭700的詳圖。如圖所示,粘附層704形成在NFT 702上,且開口706形成在粘附層
704上。此外,主極磁唇708形成在開口706上。應當注意的是,術語“上”并非意在限制本發
明,而是被包括以描述層702、704、706、708相對于彼此的取向。因此,根據本實施例,無論哪
個層被視為在另一層“上”,粘附層704和開口706被夾在NFT 702和磁唇708之間。

仍參考磁頭700,保護層710形成在層702、704、706、708的面向介質側上。保護層
710意在作為底層702、704、706、708的保護覆蓋層,例如防止腐蝕、暴露至污染物、磨損等。
NFT 702優選包括金,金是如上文所述的低損耗金屬。另外,在發明人的HAMR磁頭開發工藝
的開始階段中使用SiNxOy來形成保護層710。

然而,如上文所述,在開發期間,發明人發現當NFT 702被暴露至在HAMR期間經歷
的高運行溫度時,NFT 702不期望地與SiNxOy保護層710分隔開,從而形成空穴。見圖7B,已經
被暴露至HAMR運行溫度的HAMR磁頭750被繪示為具有空穴712,其中NFT材料由于被暴露至
高運行溫度而被再處理(retreated),且被致密化(densified)。金,尤其是純金,具有相對
低的熔化溫度,是可延展的且在高溫下傾向于被致密化。對NFT的損傷程度至少部分地取決
于使用的程度。開始時,金使SiNxOy保護層710從界面脫離,且隨著損傷繼續進行,產生的空
穴繼續從其面向介質側展開。

然而,金還是惰性材料(inert material),其理想地傾向于不與晶體類型的SiNxOy
保護層710材料相接,由此使得金成為理想的NFT材料。相應的,在試圖抵消NFT結構在運行
期間所經歷的不期望的性能問題時,發明人通過試驗或錯誤,發現了用于金表面的獨特的
粘附層,令人驚奇且不可預料的,該粘附層被發現減少了NFT金層中的空穴的形成。

本文所描述的粘附層可以施加至任何具有NFT的磁頭的面向介質側。僅為了示例,
且將本發明置于說明性的上下文中以幫助讀者,圖8A-8C呈現了示范性實施例。再次重申,
應當牢記于心的是,粘附層和任何覆層可以被添加至任何類型的具有NFT的磁頭的面向介
質側。

見圖8A-8C,示出了根據一個實施例的系統800。作為選擇,本系統800可以結合來
自本文所列舉的任何其它實施例的特征來實線,例如參考其它附圖(例如圖6)所描述的實
施例。具體的,圖8A-8C示出了圖6的實施例的變型。相應的,圖8A-8C的各個部件具有和圖6
共同的編號。

然而,這樣的系統800和本文呈現的其它系統可以使用在各種應用和/或變換中,
其可以在或可以不在本文所列舉的示例性實施例中具體地描述。此外,本文呈現的系統800
可以使用在任何期望的環境中。因此,可以認為圖8A-8C(以及其它附圖)包括任何可能的變
換。

圖8A-8B示出了包括HAMR磁頭802的系統800,HAMR磁頭802具有NFT 623(例如優選
包括金),用于照射NFT 623的光源616,以及光波導606,光波導606通常用于將光能量傳遞
至NFT 623,例如在如上文所述的覆層608、610和612的幫助下。另外,NFT 623優選的包括從
其主體626延伸的凹口,例如上文所描述的以及如圖8C中的磁頭802的喉視圖中所示出的。

暫時參考圖8C的喉視圖,根據示范性實施例示出了凹口810,且非意在限制本發
明。此外,環繞層820和熱沉822優選包括具有高熱導率的一種或多種材料,例如金(Au)、銀
(Ag)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉻(Cr)等,或如本領域技術人員在閱讀本說明書時所能理解
的任何其它理想的材料。如上文所述,凹口810結合波導和NFT將由光源產生的熱量聚集,優
選使得熱量可以集中在大約單獨的磁道水平。然而,常規實現方式中的NFT結構,特別是凹
口,被發現隨著使用而退化和損壞,逐漸地使相對應的磁頭整體上不可運行,如下面將參考
圖9所描述的。然而,本發明的各方面減少了這樣的損傷的發生。

再次參考圖8A-8B,磁頭802附加的包括寫入線圈618,鄰近NFT 623的主極604(寫
入極),主極604耦合至返回極602。粘附層804和保護層806也被包括在HAMR磁頭802的面向
介質側上,包括NFT 623結構的面向介質側。盡管保護層806可以包括SiNxOy,粘附層804優選
包括鎳和鉻,如很快將變的顯而易見的。

如上文所述,SiNxOy作為保護層806的理想的材料,是因為SiNxOy是光學透明材料。
此外,NFT 623優選包括例如金的低損耗材料。然而,金具有致密化的傾向,且在NFT的使用
期間(例如HAMR寫入)從保護層806分離,由此形成如圖7B中可見的空穴。作為鮮明的對比,
通過在保護層806和NFT 623之間添加包括鎳和鉻的粘附層804,發明人驚奇地發現,即使在
長期使用期間,NFT 623保持釘扎(pinned)至保護層806,例如,見下面的圖9。該結果是不可
預料的,且僅可通過試驗和錯誤發現。

盡管發明人不確定,為何具有鎳和鉻的粘附層的添加在NFT的結構完整性和性能
上具有如此顯著的效果,但用于形成粘附層的材料和/或工藝可能起到了重要作用。不希望
受限于任何理論,且現在發現了粘附層提供了有益的效果,發明人相信鎳和鉻的組合能夠
改善NFT至保護層的釘扎。再次重申,不希望受限于任何理論,據信在NFT結構中發現了鎳與
金良好的耦合。與金耦合(例如混合)的鎳的數量可以在NFT中的金的總量的若干百分比內。
此外,在形成粘附層的工藝期間,鉻可以變為至少部分的氮化,由此允許粘附層與保護層耦
合。具體的,據信粘附層的氮化鉻與SiNxOy保護層的氮良好的耦合。因此,盡管NiCr粘附層自
身是合金,但將NiCr粘附層施加至NFT的面向介質表面實現了不可預料的改進。

圖9示出了通過將(具有一種或兩種不同配置的)多個NFT結構暴露至通過在大約
300攝氏度(300℃)下烘焙NFT結構的模擬寫入環境溫度(這模擬了在寫入時在NFT處經歷的
溫度范圍)而獲得的結果的表格900。用于測試的NFT結構的其中一種配置包括根據本文所
描述的一些實施例的形成在NFT的面向介質側上的具有大約的厚度的NiCr粘附層,以
及形成在粘附層的面向介質側上的大約2mm的SiNxOy保護層。可替代的,第二NFT結構配置實
現為常規設計,僅具有形成在NFT的面向介質側上的SiNxOy保護層。

如表格900中可見,即使暴露至300℃的烘焙環境60分鐘之后,具有常規設計(僅具
有形成在NFT的面向介質側上的SiNxOy保護層)的所有四個NFT結構具有圓形(rounded)的凹
口。因此,這些凹口都與僅在60分鐘的暴露之后保持完整的常規NFT結構無關。作為鮮明的
對比,在暴露至300℃的烘焙環境60分鐘之后,具有粘附層和保護層的五個替代的NFT結構
都不具有圓形凹口。因此,在60分鐘的暴露之后,具有粘附層和保護層的所有NFT結構的凹
口是完整的。

對NFT的損傷的程度至少部分地取決于使用的程度。相應的,發展到暴露至300℃
的烘焙環境110分鐘,與常規的NFT結構相關的十一個凹口中的兩個被發現嚴重損壞,而與
常規的NFT結構相關的十一個凹口中的其余九個被發現是圓形的。相比之下,對于具有粘附
層和保護層的十一個NFT結構,沒有凹口嚴重損壞,且僅十一個凹口中的兩個被發現是圓形
的。

再次進行實驗,這次為暴露至300℃的烘焙環境160分鐘,與常規的NFT結構相關的
所有凹口被發現嚴重損壞。作為鮮明的對比,具有粘附層和保護層的NFT結構的超過一半的
凹口被發現仍是完整的。相應的,發明人意想不到地發現將具有鎳和鉻的粘附層添加至NFT
的面向介質表面延長了NFT的運行壽命,甚至在廣泛使用的情況下。

由此得出結論,在模擬的寫入溫度下,通過本文公開的實施例而實現的令人驚奇
且顯著的改善很快變的顯而易見。盡管對于常規的NFT結構幾乎是立即經歷不可逆的損傷,
但發明人意想不到地發現通過在NFT和保護層之間添加包括鎳和鉻的粘附層,實現了結構
完整性和性能的顯著改善。

再次參考圖8A-8B,如上文所述,粘附層804優選包括鎳和鉻。根據不同的方式,粘
附層804中的鎳和鉻的比例可以在大約75:25至大約25:75的原子百分比基礎的范圍中,例
如取決于期望的實施例。根據其它方式,粘附層804中的鎳和鉻的比例可以在大于大約0:1
至大約67:33原子百分比基礎的范圍中。此外,粘附層804(見圖8B)的沉積厚度t1可以從大
約至大約更優選的從大約至大約但是取決于期望的實施例可以更高
或更低。

如上文所述,發明人相信粘附層804的至少一種成分被氮化為形成的副產品。根據
在粘附層804中具有鎳和鉻的實施例,鉻可以在粘附層的形成期間被氮化。根據示例性方
式,鉻可以被氮化以產生2Cr:3N的比例。

現在參考圖10,示出了根據一個實施例的方法1000的流程圖。可以使用常規的制
造工藝。可以根據本發明按照圖1-8C所繪示的任何環境中的各種實施例來執行方法1000。
當然,方法1000可以包括比圖10中所述具體描述的更多或更少的操作,如本領域技術人員
在閱讀本說明書時可理解的。

如圖10所示,方法1000包括操作1002,其中形成具有NFT的HAMR寫頭,例如使用任
何一種或多種工藝,其在本領域技術人員在閱讀本說明書時將變得顯而易見。此外,操作
1004包括在近場換能器的面向介質側上形成粘附層。另外,操作1006包括在粘附層的介質
面對側上形成保護層。

如上文所述,粘附層優選包括鎳和鉻。因此,形成粘附層可以包括將鎳和鉻施加至
寫頭的面向介質側。根據示范性實施例,且非意在限制本發明,可以使用真空沉積(例如濺
射)將鎳和鉻施加至寫頭的面向介質側。此外,優選在惰性環境中將鎳和鉻施加至寫頭的面
向介質表面,如本領域技術人員在閱讀本說明書時將理解的。仍參考示范性實施例,氬氮等
離子體可以被后續地引入至沉積環境,由此Si和N可以被濺射在寫頭的面向介質側上,在之
前施加的NiCr粘附層上。通過在充滿氬氮等離子體的沉積環境中濺射Si和N,形成了SiNxOy
保護層。據信,由于引入氮氬等離子體以制備SiNxOy保護層沉積而發生前述氮化作用。

通過實現方法1000而產生的結構優選包括設置在NFT的面向介質側上的粘附層,
以及設置在粘附層的面向介質側上的保護層,例如圖8A-8B所示。然而,應當注意的是,盡管
在圖8A-8B中粘附層804被示出為已被施加至磁頭802的面向介質側的大部分,但在其它實
施例中,粘附層804的施加可以選擇性地限制于面向介質表面的某些區域。

例如,見圖11,示出了根據一個實施例的具有寫頭1102的系統1100。作為選擇,本
系統1100可以結合來自本文所列舉的任何其它實施例的特征來實現,例如參考其它附圖
(例如圖6)所描述的實施例。具體的,圖11示出了圖6的實施例的變型。相應的,圖11的各個
部件具有和圖6共同的編號。

然而,這樣的系統1100和本文呈現的其它系統可以使用在各種應用和/或變換中,
其可以在或可以不在本文所列舉的示例性實施例中具體地描述。此外,本文呈現的系統
1100可以使用在任何期望的環境中。因此,可以認為圖11(以及其它附圖)包括任何可能的
變換。

系統1100的寫頭1102被示出為包括具有“窗式結構”的粘附層1104。換言之,粘附
層1104已被選擇性地施加至NFT 623的面向介質表面的一部分,從而粘附層1104被局部化
在NFT區域。保護層1106也被示出為具有局部化在NFT區域的窗式結構。用于實現窗式結構
的示范性實施例在美國專利No.8,902,720中被公開,其通過引用結合于本文。在可替代的
實施例中,粘附層可以被施加至磁頭的整個面向介質側。

因此,在一些實施例中,粘附層和/或保護層可以被施加至寫頭的全部面向介質
側,而在其它實施例中,粘附層和/或保護層可以僅被施加至面向介質側的NFT區域,作為
“窗式結構”。因此,粘附層和/或保護層可以局部化在寫頭的面向介質側的NFT區域。對于其
中粘附層和保護層實現為窗式結構的實施例,可以將補充層(未示出)施加至寫頭的面向介
質側,例如用來保護否則將暴露而磨損的在面向介質側處的層。

在一些實施例中,可能期望將粘附層和/或保護層限制在NFT區域,這是由于更局
部化的施加將減少整個結構的性能相對于層厚度的敏感性。因此,與實現非局部化的粘附
層和/或保護層(其分別具有和局部化的粘附層和/或保護層相同的沉積厚度)實施例相比,
其中粘附層和/或保護層被局部化在寫頭的面向介質側的NFT區域的實施例可能經歷改善
的性能。

再次重申,通過本文公開的實施例而實現的不可預料和顯著的改善克服了在使用
(寫入)期間對于常規NFT結構幾乎立即經歷的不可逆損傷。發明人意想不到的發現了通過
在NFT和保護層之間添加粘附層,實現了結構完整性和性能的顯著改善。發明人不確定粘附
層與保護層的組合是否對作為整體的整個結構有任何影響。考慮到涉及的制造工藝,該不
確定性尤其體現在與控制施加的粘附層的厚度相關的困難。

結果,本文所描述的各種實施例可以允許使用具有SiNxOy的光學透明保護層而不
會對性能有負面影響。此外,SiNxOy保護層的施加防止在保護層的表面處的增加的運行溫
度,以及通過引入粘附層理想地釘扎NFT和SiNxOy保護層。結果增加了NFT的有效壽命。所述
另一方式,如本文所描述和/或建議的粘附層的實現方式可以用于將NFT耦合至保護覆層,
由此防止在使用期間在NFT結構中形成任何空穴,即使在大量的使用時間之后。

應當注意的是,本文所呈現的用于各種實施例中的至少一些實施例的方法可以整
體或部分地實現,實現在計算機硬件、軟件中,手工的、使用專業設備等,或它們的組合。

此外,可以使用公知的材料和/技術來實現任何的結構和/或步驟,如對于本領域
技術人員在閱讀本說明書時將變得顯而易見。

已通過示例的方式呈現了本文所公開的創造性概念,以大量的示例性方案、實施
例、和/或實現方式解釋了其各式各樣的特征。應當理解的是,總體公開的概念應被視為模
塊化的,且可以以其任意組合、變換或綜合來實現。此外,如本領域普通技術人員在閱讀本
說明書時可理解的所公開的特征、功能、和概念的任何修改、替代或等價物亦應當被視為在
本公開的范圍內。

雖然已在上面描述了各種實施例,但應當理解的是,它們僅通過示例的方式呈現
而非限制。因此,本發明的廣度和范圍不應由任何上述的示例性實施例來限制,而應僅根據
隨附的權利要求及其等同來限定。

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耦合 粘附 近場 換能器
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