CN101499283A - 具有低损耗光重定向结构的热辅助记录*** - Google Patents

具有低损耗光重定向结构的热辅助记录*** Download PDF

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CN101499283A CNA2009100050584A CN200910005058A CN101499283A CN 101499283 A CN101499283 A CN 101499283A CN A2009100050584 A CNA2009100050584 A CN A2009100050584A CN 200910005058 A CN200910005058 A CN 200910005058A CN 101499283 A CN101499283 A CN 101499283A
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Abstract

本发明提供一种具有低损耗光重定向结构的热辅助记录***，包括：滑块，具有第一光通道和第二光通道，该第一光通道和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；以及反射部分，与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。本发明还提供其他***的方法。

Description

具有低损耗光重定向结构的热辅助记录***
技术领域
本发明涉及数据存储***，更具体而言，本发明涉及热辅助记录***。
背景技术
计算机的核心是磁盘驱动器，其通常包括旋转磁盘、具有读和写头的滑块、旋转盘上方的悬臂以及摆动悬臂以将读和/或写头置于旋转盘上的选定环形道上方的致动臂。当盘不旋转时，悬臂将滑块偏置成与盘表面接触；而当盘旋转时，空气被与滑块的气垫面(ABS)相邻的旋转盘旋动，使得滑块骑在气垫上，距离旋转盘的表面一微小的距离。当滑块骑在气垫上时，写和读头用来写磁印到旋转盘且从旋转盘读信号磁场。读和写头连接到根据计算机程序操作的处理电路以实施写和读功能。
热辅助记录是数据记录方面的新兴领域。因此，在开发该技术期间遇到了挑战。下面的描述提供对一些挑战的解决方案。
发明内容
根据一实施例的***包括滑块，该滑块具有：第一光通道(channel)和第二光通道，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角度小于180度；以及与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻的反射部分，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
根据另一实施例的***包括磁头，该磁头具有：穿过其的第一光通道和第二光通道，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角度小于180度；以及与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻的反射部分，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
根据又一实施例的磁记录***包括滑块或磁头，所述滑块或磁头具有：穿过其的第一光通道和第二光通道，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角度小于180度；以及在该滑块或磁头中的空洞，该空洞与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该第一光通道的折射率不同于该空洞中的空气，从而来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
根据再一实施例的方法包括：形成具有第一光通道和第二光通道的滑块或磁头，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角小于180度；以及在该滑块或磁头中形成孔(hole)，所述孔与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该第一光通道的折射率不同于该孔中的空气，从而来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
本发明的其他方面和优点将从下面结合附图的详细描述变得显然，附图以示例方式示出本发明的原理。
附图说明
为了全面理解本发明的本质和优点，以及优选使用模式，请结合附图参考下面的详细描述。
图1是磁记录盘驱动***的简图。
图2A是利用纵向记录形式的记录介质的剖面的示意图。
图2B是用于图2A的纵向记录的常规磁记录头和记录介质组合的示意图。
图2C是利用垂直记录形式的磁记录介质。
图2D是用于在一面进行垂直记录的记录头和记录介质组合的示意图。
图2E是本发明的记录装置的示意图，与图2D类似，但用于分别在介质的两面进行记录。
图3是位长度的图示。
图4是磁介质的记录层中的材料的矫顽力与温度的曲线图。
图5是用于局部加热磁介质以用于热辅助写入的***的***图。
图6是根据一实施例的***的图。
图7A-7C图示了Snells定律的应用。
图8是根据一实施例的***的图。
图9是根据一实施例的工艺的流程图。
图10A-10C是工艺图，示出根据一实施例的方法。
具体实施方式
下面的描述是用于示出本发明的基本原理，而无意限制这里要求保护的发明概念。此外，这里描述的特定特征能以各种可行组合和替代的形式与这里描述的其他特征组合使用。
除非这里另外明确定义，否则全部术语给出其最宽可行解释，包括说明书隐含的意义，以及本领域技术人员理解的和/或字典、论文等中定义的意义。
下面的描述公开了磁存储***的若干优选实施例，以及其操作和/或组成部件，和/或用于磁存储***的测试/可靠性***和方法。
在一普通实施例中，一种***包括滑块，该滑块具有：第一光通道和第二光通道，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；以及与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻的反射部分，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，从而来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
在另一普通实施例中，一种***包括磁头，该磁头具有：穿过其的第一光通道和第二光通道，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角度小于180度；以及与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻的反射部分，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，从而来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
在又一普通实施例中，一种磁记录***包括滑块或磁头，所述滑块或磁头具有：穿过其的第一光通道和第二光通道，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角度小于180度；以及在该滑块或磁头中的空洞(void)，该空洞与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该第一光通道的折射率不同于该空洞中的空气，从而来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
在再一普通实施例中，一种方法包括：形成具有第一光通道和第二光通道的滑块或磁头，该第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，所述角小于180度；以及在该滑块或磁头中形成孔(hole)，所述孔与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该第一光通道的折射率不同于该孔中的空气，从而来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
现在参照图1，示出根据本发明一实施例的盘驱动器100。如图1所示，至少一个可旋转的磁盘112支承于主轴(spindle)114上且被盘驱动马达118旋转。每个盘上的磁记录是盘112上环形图案的同心数据道(未示出)的形式。
至少一个滑块113位于盘112附近，每个滑块113支承一个或更多磁读/写头121。当盘旋转时，滑块113径向移动进出于盘表面112之上，从而头121可访问盘的记录所需数据的不同的道。每个滑块113借助于悬臂115连接到致动臂119。悬臂115提供微小的弹力，其偏置滑块113倚靠着盘表面122。每个致动臂119连接到致动装置127。如图1所示的致动装置127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括可在固定磁场中移动的线圈，线圈移动的方向和速度被控制器129提供的马达电流信号所控制。
在盘存储***操作期间，盘112的旋转在滑块113与盘表面122之间产生气垫，其对滑块施加向上的力或举力。因此在正常运行期间气垫平衡悬臂115的微小的弹力并支承滑块113离开盘表面且稍微位于盘表面上方一小的基本恒定的间距处。
盘存储***的各种部件运行时被控制单元129产生的控制信号例如访问控制信号和内部时钟信号所控制。通常，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***操作，例如线123上的驱动马达控制信号和线128上的头定位和寻道控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流曲线以优化地移动和定位滑块113到盘112上的期望数据道。读和写信号借助于记录通道125传达到读/写头121且从读/写头121传出。
上面对普通磁盘存储***的描述以及图1的图示仅用于说明。应意识到，盘存储***可包括多个盘和致动器，每个致动器可支承多个滑块。
还可为盘驱动器和主机(集成或外置)之间的通讯提供接口以发送和接收数据且用于控制盘驱动器的操作以及将盘驱动器的状态传达到主机，全部都如本领域普通技术人员将理解的那样。
在普通的头中，感应写头包括嵌入在一个或更多绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层，该绝缘堆叠位于第一和第二极片层之间。在写头的气垫面(ABS)处，间隙通过间隙层形成于第一和第二基片层之间。极片层可以在背间隙处连接。电流传导通过线圈层，其在极片中产生磁场。磁场跨过ABS处的间隙弥散以用于写磁场信息的位在移动介质上的道中，例如在旋转磁盘上的环形道中。
第二极片层具有从ABS延伸到展开点(flare point)的极尖部分和从展开点延伸到背间隙的轭部分。展开点是第二极片开始变宽(展开)以形成轭的位置。展开点的布置直接影响产生来在记录介质上写信息的磁场的幅度。因为磁通在沿窄的第二极尖的长度行进时衰减，所以缩短第二极尖将增大到达记录介质的磁通。因此，通过积极地将展开点放置得接近ABS能优化性能。
图2A示意性示出常规记录介质，例如与常规磁盘记录***一起使用的记录介质，诸如图3A所示的。该介质用于在介质本身的平面内或平行于该平面记录磁脉冲。记录介质(该示例中为记录盘)基本上包括合适的非磁材料例如玻璃的支承衬底200和上面的合适的常规磁层的涂层202。
图2B示出常规记录/回放头204(可优选为薄膜头)与常规记录介质(例如图2A所示的)之间的操作关系。
图2C示意性示出基本垂直于记录介质表面的磁脉冲取向。对于这样的垂直记录，介质包括具有高磁导率的材料的下层212。该下层212又提供有上面的优选相对于下层212具有高矫顽力的磁材料的涂层214。
图2C和2D(未按比例绘制)示出具有垂直头218的存储***的两个实施例。图2D所示的记录介质包括关于图2C描述的高磁导率下层212和上面的磁材料涂层214两者。然而，这些层212和214都示出为应用到合适的衬底216。通常还有称为“交换中断”层或“中间层”的额外层(未示出)在层212与214之间。
通过该结构，在记录头的极之间延伸的磁通量线环行进出记录介质涂层的外表面，记录介质的高磁导率下层使磁通线沿基本垂直于介质表面的方向穿过该涂层，从而以其磁化轴基本垂直于介质表面的磁脉冲的形式记录信息在介质的硬磁涂层中。磁通通过软磁下涂层212引导返回到头218的返回层(P1)。
图2E示出类似结构，其中结构216在其两个相反面的每个上承载层212和214，合适的记录头218在介质每个面与磁涂层214的外表面相邻地定位。
磁记录的持续目标在于最大化磁介质的每单位面积存储的位的数量。这样做的一种途径是增大介质上每道的位数，例如通过减小沿数据道方向的位长度。参照图3，示出磁介质上位长度(L)减小的进展，大致称为第A代、第B代和第C代。然而，减小位长度能导致由于诸如热扰动的问题引起的数据从盘丢失。特别地，随着位尺寸减小，反转位磁极所需的能量作为体积比温度的函数而减小，如公式1所示：
E～AV/kT         公式1，
其中E是反转位的极性所需的能量或热，V是位所占据的磁介质的体积，A是磁位的各向异性，k是玻尔兹曼常数，T是温度。随着体积减小，反转位所需的能量减小，且热波动能导致数据丢失。由于减小位的体积是期望的，但是数据丢失是不能接受的，所以在工作温度下位材料的各向异性必须更高从而防止位由于例如热波动而反转，该反转能导致数据丢失。因此，选择具有更高各向异性的磁介质是期望的。
向具有高矫顽力的磁介质进行写入变得困难，因为磁介质的增大的各向异性或矫顽力使得盘对写入(改变位的取向)更加抵抗。为了克服对写入的增大的抵抗性，磁介质可被加热以减小使磁位重新取向所需的磁通量。图4公开了矫顽力(以奥斯特制测量)对温度(以开尔文制测量)的曲线图400(仅是示例性的)。如图所示，在室温(RT)下，磁介质的矫顽力在实际可写的矫顽力水平(如虚线405所示)之上，在虚线405之下对盘的写入是可行的，优选用常规写入技术，而在虚线405之上磁介质是稳定的且热波动不容易导致位反转。磁介质可被加热以减小矫顽力到阈值405之下，从而允许对磁介质写入。因此，通过加热磁介质，磁介质将进入能更容易地使位取向的状态，由此使得数据存储在磁介质上。
图5示出局部加热磁介质501以用于热辅助写入的***。磁介质501沿箭头504的方向移动。就在被加热的部分到达头的写极503之前，加热器件502例如利用激光束506加热磁介质。这导致由于与头的写极503相邻的介质的温度增大而磁介质具有减小的各向异性。在磁介质501的被加热的部分移动经过头的写极503之后，磁介质501的温度迅速降低从而磁介质501的各向异性回到较高的、更稳定的水平。
示例性加热器件可使用光束、电子束、辐照等。例如，激光可被使用。在另一方法中，电子发射体可采用电子锥(electron cone)以将从其发射的电子聚焦到介质上。
当使用热辅助记录时，期望最大化赋予到介质上的功率的量，因为这样加热器件需要更小的功率，这又减小了总的***功耗，还可以延长加热器件的寿命。最大化从激光源传输到磁介质的功率的量的一种途径是最小化光束从源到介质行经的光路中的任何损失。因此，一基本方法是利用近乎全反射，其可以通过使具有不同折射率的两种材料形成界面而实现。
图6示出***600，包括滑块602、形成在滑块602上或安装到滑块602的头604、第一光通道606和第二光通道608。光通道606、608在该实施例中由虚线表示以反映光通道经过滑块602和/或头604的实施例。相应地，这样的光通道可包括空洞(void)；形成在通道中的诸如光学材料的波导；商业可得或专业的纤维光缆等。在其它方案中，部分光通道606、608可位于滑块602和/或头604外。在另外方案中，光通道606、608中的一个或更多可整个在滑块602和/或头604之外。此外，光通道606、608可由相同材料或不同材料形成。
如图6所示，第一和第二光通道606、608具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度。关于示范性角度的更多细节将在下面提供。
反射部分610与第一光通道606的出口和第二光通道608的入口相邻地定位。反射部分具有与第一光通道606的折射率不同的折射率，从而来自第一光通道606的光被反射到第二光通道608中。
通过利用在不同材料之间的界面处的该反射现象，能产生非常低损失的非线性光路径，特别地，在该处实现了全内反射。光在这样的界面的该反射行为能由Snell定律表示，如下面的公式2所示：
n1sinΘ1＝n2sinΘ2           公式2，
其中n1是第一材料的折射率，n2是第二材料的折射率，Θ1是入射光的角度，Θ2是折射光的角度。
以n1、n2等标识的介质的折射率用于表示与光在真空中的速度相比，光在折射介质例如玻璃或水中被“减速(slow down)”的因子。当光经过介质之间的边界时，取决于两种介质的相对折射率，光将被折射到或者更小角度，或者更大角度。这些角相对于垂直于边界表示的法线被测量。在光从空气行进到水中的情况下，光将朝向法线折射，因为光在水中被减速；从水朝向空气行进的光将折射得远离法线。
图7A-7C图示了Snell定律的应用。如图7A所示，如果角度Θ1在临界角Θc之下，则部分光进入第二材料，部分光被反射。进入第二材料的光可视为损失。临界角度Θc由公式3定义：
Θc＝sin-1(n1/n2)          公式3。
参照图7B，如果角度Θ1增大到临界角Θc，则光沿两种材料之间的界面行进。如果角度Θ1增大到临界角Θc以上，则几乎全部光从界面反射，如图7C所示。这称为内反射。
在特定的优选实施例中，发生全内反射。全内反射是当光线相对于表面的法线以比临界角更大的角度到达介质边界时发生的光学现象。如果边界另一侧的折射率更低，则没有光能穿过，从而全部光被有效地反射。这仅能发生在光从具有更高折射率的介质行进到具有更低折射率的介质时。例如，它将在从玻璃行进到空气时发生，而不会在从空气行进到玻璃时发生。
因此，来自第一光通道的光的至少约80％被反射到第二光通道中，更优选地能实现至少约90％，甚至约100％的反射。
再参照图6，反射部分610可包括空气、玻璃、碳质材料、聚合物等。选择用于反射部分610和通道606、608的特定材料可通过应用公式2和3而容易地确定。
在一个示例中，假定反射部分610包括具有约为1的折射率的空气。第一和第二通道606、608包括具有1.8的折射率的纤维光缆。应用这些数字到公式3，Θc＝33.75度。因此，入射光相对于垂直于界面的线的角度应大于33.75度。
在另一示例中，假定反射部分610包括具有约为1的折射率的空气。第一和第二通道606、608包括具有2.2的折射率的纤维光缆。应用这些数字到公式3，Θc＝27.04度。因此，入射光相对于垂直于界面的线的角度Θ1应大于27.04度。
继续参照图6，所示的实施例具有耦合到滑块602的侧面的激光器612，激光器612用于发射光束，所述光束加热一般将邻近ABS的磁介质(虽然未示出)。另一些实施例可具有耦合到滑块602顶部的激光器612，所述顶部位于与滑块的ABS相反的一侧。然而，在另一些实施例中，激光器可以在滑块中、在滑块上、在驱动器中远离滑块的其他某处。
应理解，光路可具有多个转弯。参照图8，示出实施例800，其中光路802具有多个转弯。
所述***的各种实施例可以通过常规方法形成，如将对本领域技术人员而言显然的那样。仅以示例方式且参照图9，制造具有非线性光学路径的***的一种方法900包括：在操作902，形成具有第一光通道和第二光通道的滑块或磁头，第一和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；在操作904，孔形成在滑块或磁头中，孔与第一光通道的出口和第二光通道的入口相邻，第一光通道的折射率不同于孔中的空气，从而来自第一光通道的光被反射到第二光通道中。
图10A-10C示出进行图9的操作904的一种方法。参照图10A，孔1002与波导1006相邻被蚀刻在滑块1004中。参照图10B，孔被填充以牺牲材料1008。示例性的牺牲材料包括Cu、NiFe等。可进行对滑块的其他处理。然后，如图10C所示，牺牲材料被去除，例如被湿蚀刻，留下孔1010。孔1010的尺寸可不同于孔1002的起始尺寸。空气可填充孔1010，或者可添加其他材料，例如具有与波导1006不同的折射率的材料。假定空气填充孔1010，则光沿波导进入且入射在孔中的空气上。光以入射角被反射。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是将理解，它们仅以示例的方式给出，而不是用于限制。因此，优选实施例的宽度和范围不应受到任何上述示范性实施例的限制，而应仅由所附权利要求及其等价物定义。

Claims (25)

1.一种***，包括：
滑块，具有第一光通道和第二光通道，该第一光通道和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；以及
反射部分，与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
2.如权利要求1所述的***，其中该第一光通道包括纤维光缆。
3.如权利要求1所述的***，其中该反射部分包括空气。
4.如权利要求1所述的***，还包括用于发射所述光的光源，该光源远离该滑块设置。
5.如权利要求1所述的***，还包括用于发射所述光的光源，该光源耦接到该滑块。
6.如权利要求5所述的***，其中该光源是激光器。
7.如权利要求5所述的***，其中该光源耦接到该滑块的侧面，该侧面取向为基本垂直于该滑块的气垫面。
8.如权利要求5所述的***，其中该光源耦接到该滑块的顶部，该顶部位于滑块的与滑块的气垫面相反的一侧。
9.如权利要求1所述的***，其中该第一和第二光通道穿过该滑块。
10.如权利要求1所述的***，其中该第一和第二光通道之一耦接到该滑块外。
11.如权利要求1所述的***，其中来自所述第一光通道的光的至少约80％被反射到该第二光通道中。
12.一种***，包括：
磁头，具有穿过其的第一光通道和第二光通道，该第一光通道和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；以及
反射部分，与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该反射部分具有与该第一光通道的折射率不同的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
13.如权利要求12所述的***，其中该第一光通道包括纤维光缆。
14.如权利要求12所述的***，其中该反射部分包括空气。
15.如权利要求12所述的***，还包括用于发射所述光的光源，该光源远离该磁头设置。
16.如权利要求12所述的***，还包括用于发射所述光的光源，该光源耦接到支承所述磁头的滑块。
17.如权利要求16所述的***，其中该光源是激光器。
18.如权利要求16所述的***，其中该光源耦接到该滑块的侧面，该侧面取向为基本垂直于该滑块的气垫面。
19.如权利要求16所述的***，其中该光源耦接到该滑块的顶部，该顶部位于滑块的与滑块的气垫面相反的一侧。
20.如权利要求12所述的***，其中该第一和第二光通道穿过该磁头。
21.如权利要求12所述的***，其中该第一和第二光通道之一耦接到该磁头外。
22.如权利要求12所述的***，其中来自所述第一光通道的光的至少约80％被反射到该第二光通道中。
23.一种磁记录***，包括：
滑块或磁头，具有穿过其的第一光通道和第二光通道，该第一光通道和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；以及
在该滑块或磁头中的空洞，该空洞与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该第一光通道的折射率不同于该空洞中的空气的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
24.一种方法，包括：
形成具有第一光通道和第二光通道的滑块或磁头，该第一光通道和第二光通道具有相对于彼此以一角度取向的轴，该角度小于180度；以及
在该滑块或磁头中形成孔，该孔与该第一光通道的出口和该第二光通道的入口相邻，该第一光通道的折射率不同于该孔中的空气的折射率，使得来自该第一光通道的光被反射到该第二光通道中。
25.如权利要求24所述的方法，其中该孔通过去除牺牲材料而形成。
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