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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft die senkrechte Magnetaufzeichnung (PMR – Perpendicular Magnetic Recording) und insbesondere die Struktur eines PMR-Kopfs zur Verwendung in einem Magnetplattenlaufwerk.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Jüngst wurde die mikrowellenunterstützte Magnetaufzeichnung (MAMR – Microwave-Assisted Magnetic Recording) als Aufzeichnungsverfahren verwendet, um die Oberflächenaufzeichnungsdichte von magnetischen Medien wie etwa in Magnetplattenlaufwerken verwendeten Magnetplatten zu verbessern. Bei MAMR wird zusätzlich zu dem Magnetfeld, das von dem Hauptpol kommt, ein magnetisches Wechselfeld (AC-Feld) von einem Spin-Torque-Oszillator (STO) auf einem Medium ausgeübt. Die qualitativ hochwertige Magnetaufzeichnung wird erleichtert, weil die Koerzitivkraft des Mediums sinkt, wenn das magnetische AC-Feld an das Medium angelegt wird. Somit ist es bei MAMR wichtig, einen STO zu entwickeln, der ein ausreichend großes AC-Magnetfeld generiert, um das Senken der Koerzitivkraft des Mediums zu bewirken.
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Wie in 5 gezeigt, kann gemäß dem Stand der Technik ein STO 500 aus einer Feldgenerierungsschicht (FGL – Field Generation Layer) 502 zum Generieren eines magnetischen AC-Felds, einer Zwischenschicht (auch als Abstandshalter bezeichnet) 504 und einer Spinpolarisationsschicht (SPL – Spin Polarization Layer) 506 zum Übertragen des Spin-polarisierten Torques konstruiert werden. Durch Leiten von Strom 510 zu dem STO 500, wenn ein Magnetfeld 508 von einem Schreiber an dem STO 500 angelegt wird, oszilliert der STO 500 und ein AC-Magnetfeld wird an das Medium angelegt. Um ein großes AC-Magnetfeld zu generieren, um das Spin-Torque effektiv bereitzustellen, muss der STO 500 in einem Zustand oszillieren, in dem die ganze Magnetisierung der FGL 502 in der Ebene ausgerichtet ist.
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Eine Struktur, die einen senkrechten anisotropen Film direkt über oder unter der FGL 502 laminiert, wurde ebenfalls verwendet. Die Aufgabe dieser Struktur besteht darin, eine einzige magnetische Domäne zu erzeugen, die von den verschiedenen magnetischen Domänen der FGL 502 herrührt.
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Ein adäquater Unterstützungseffekt kann jedoch nicht erhalten werden, weil das AC-Magnetfeld, das in den verwendeten Strukturen des STO 500 generiert wird, gegenwärtig schwach ist. Somit ist die Größe des die FGL 502 treffenden Spin-Torque nicht ausreichend groß. Ein Grund dafür lautet, dass, weil das Spin-Torque stark an der Grenzebene der FGL 502 und der SPL 506 wirkt, die Magnetisierung der FGL 502 an einer Position nahe der SPL 506 in der Ebenenrichtung des Films orientiert ist. Die Magnetisierung der FGL 502 an einer von der SPL 506 weit weg liegenden Position ist jedoch in der Richtung senkrecht zum Film orientiert. Deshalb besteht das Problem bei der Entwicklung des STO 500, der ein starkes AC-Magnetfeld generieren kann, darin, die ganze FGL-Magnetisierung in der Filmebene zu orientieren.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer Ausführungsform enthält ein MAMR-Kopf (Microwave-Assisted Magnetic Recording – mikrowellenunterstützte Magnetaufzeichnung): einen Hauptmagnetpol, einen Spin-Torque-Oszillator (STO), der nahe des Hauptmagnetpols positioniert ist, wobei der STO Folgendes enthält: eine erste senkrechte Magnetschicht, die über dem Hauptmagnetpol positioniert ist, wobei die erste senkrechte Magnetschicht eine erste Spinpolarisationsschicht (SPL 1) mit einer Achse der magnetischen Anisotropie in einer Richtung senkrecht zu einer Filmoberfläche ist, eine erste unmagnetische Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 1), die über der ersten senkrechten Magnetschicht positioniert ist, eine Magnetschicht effektiv mit einer Ebene der leichten Magnetisierung in der Filmoberfläche, die über der ersten unmagnetischen Übertragungsschicht positioniert ist, wobei die Magnetschicht eine Feldgenerierungsschicht (FGL – Field Generation Layer) ist, eine zweite unmagnetische Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 2), die über der Magnetschicht positioniert ist, und eine zweite senkrechte Magnetschicht, die über der zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht positioniert ist, wobei die zweite senkrechte Magnetschicht eine zweite Spinpolarisationsschicht (SPL 2) mit einer magnetischen Anisotropie in der Richtung senkrecht zur Filmebene ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden eines MAMR-Kopfs: Ausbilden eines Hauptmagnetpols über einem Substrat, Ausbilden einer ersten senkrechten Magnetschicht über dem Hauptmagnetpol, wobei die erste senkrechte Magnetschicht eine erste Spinpolarisationsschicht (SPL 1) mit einer Achse der magnetischen Anisotropie in einer Richtung senkrecht zu einer Filmoberfläche ist, Ausbilden einer ersten unmagnetischen Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 1) über der ersten senkrechten Magnetschicht, Ausbilden einer Magnetschicht über der ersten unmagnetischen Übertragungsschicht, wobei die Magnetschicht eine Feldgenerierungsschicht (FGL) ist und effektiv eine Ebene der leichten Magnetisierung in der Filmoberfläche aufweist, Ausbilden einer zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 2) über der Magnetschicht und Ausbilden einer zweiten senkrechten Magnetschicht über der zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht, wobei die zweite senkrechte Magnetschicht eine zweite Spinpolarisationsschicht (SPL 2) mit einer magnetischen Anisotropie in der Richtung senkrecht zur Filmebene ist.
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Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den Zeichnungen beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine vereinfachte Zeichnung eines Magnetaufzeichnungs-Plattenlaufwerksystems.
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2A ist eine schematische Darstellung im Schnitt eines ein Längsaufzeichnungsformat verwendenden Aufzeichnungsmediums.
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2B ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Kombination aus Magnetaufzeichnungskopf und -aufzeichnungsmedium für eine Längsaufzeichnung wie in 2A.
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2C ist ein ein senkrechtes Aufzeichnungsformat verwendendes Magnetaufzeichnungsmedium.
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2D ist eine schematische Darstellung einer Kombination aus Aufzeichnungskopf und Aufzeichnungsmedium für eine senkrechte Aufzeichnung auf einer Seite.
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2E ist eine schematische Darstellung einer zum separaten Aufzeichnen auf beiden Seiten des Mediums ausgelegten Aufzeichnungsvorrichtung.
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3A ist eine Querschnittsansicht einer bestimmten Ausführungsform eines senkrechten Magnetkopfs mit spiralförmigen Spulen.
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3B ist eine Querschnittsansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Huckepack-Magnetkopfs mit spiralförmigen Spulen.
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4A ist eine Querschnittsansicht einer bestimmten Ausführungsform eines senkrechten Magnetkopfs mit schleifenförmigen Spulen.
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4B ist eine Querschnittsansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Huckepack-Magnetkopfs mit schleifenförmigen Spulen.
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5 ist eine vereinfachte Zeichnung einer herkömmlichen Struktur unter Verwendung eines Spin-Torque-Oszillators (STO) gemäß dem Stand der Technik.
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6 ist eine vereinfachte Zeichnung einer vorgeschlagenen Struktur unter Verwendung eines STO gemäß einer Ausführungsform.
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7 zeigt eine vereinfachte Zeichnung eines vorgeschlagenen PMR-Kopfs (Perpendicular Magnetic Recording – senkrechte Magnetaufzeichnung) gemäß einer Ausführungsform.
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8 zeigt durch eine vorgeschlagene Struktur erzeugte Oszillationen gemäß einer Ausführungsform.
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9 zeigt eine Beziehung zwischen dem Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) und einem STO-Strom für eine herkömmliche Struktur und eine vorgeschlagene Struktur.
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10 zeigt die Oszillationsleistung eines STO für variierende Filmdicken der ersten und zweiten Spinpolarisationsschicht, gemäß der vorgeschlagenen Struktur gemäß einer Ausführungsform.
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11 zeigt eine vereinfachte Zeichnung einer vorgeschlagenen Struktur unter Verwendung eines STO, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, gemäß einer Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung erfolgt zum Zweck, die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung darzustellen, und soll die hierin beanspruchten erfindungsgemäßen Konzepte nicht beschränken. Zudem können hierin beschriebene bestimmte Merkmale in Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen in jeder der verschiedenen möglichen Kombinationen und Permutationen verwendet werden.
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Sofern hier nicht spezifisch etwas Anderes definiert ist, sollen alle Ausdrücke ihre umfassenste Interpretation, die möglich ist, erhalten, einschließlich Bedeutungen, die aus der Patentschrift impliziert werden, sowie Bedeutungen, die der Fachmann versteht und/oder wie sie in Wörterbüchern, Verträgen usw. definiert sind.
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Es muss auch angemerkt werden, dass die Einzahlformen „ein/eine/einer” und „der/die/das”, wie in der Patentschrift und den beigefügten Ansprüchen verwendet, Pluralreferenzen beinhalten, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.
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Bei einer allgemeinen Ausführungsform enthält ein MAMR-Kopf (Microwave-Assisted Magnetic Recording – mikrowellenunterstützte Magnetaufzeichnung): einen Hauptmagnetpol, einen Spin-Torque-Oszillator (STO), der nahe des Hauptmagnetpols positioniert ist, wobei der STO Folgendes enthält: eine erste senkrechte Magnetschicht, die über dem Hauptmagnetpol positioniert ist, wobei die erste senkrechte Magnetschicht eine erste Spinpolarisationsschicht (SPL 1) mit einer Achse der magnetischen Anisotropie in einer Richtung senkrecht zu einer Filmoberfläche ist, eine erste unmagnetische Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 1), die über der ersten senkrechten Magnetschicht positioniert ist, eine Magnetschicht effektiv mit einer Ebene der leichten Magnetisierung in der Filmoberfläche, die über der ersten unmagnetischen Übertragungsschicht positioniert ist, wobei die Magnetschicht eine Feldgenerierungsschicht (FGL – Field Generation Layer) ist, eine zweite unmagnetische Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 2), die über der Magnetschicht positioniert ist, und eine zweite senkrechte Magnetschicht, die über der zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht positioniert ist, wobei die zweite senkrechte Magnetschicht eine zweite Spinpolarisationsschicht (SPL 2) mit einer magnetischen Anisotropie in der Richtung senkrecht zur Filmebene ist.
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Bei einer weiteren allgemeinen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden eines MAMR-Kopfs: Ausbilden eines Hauptmagnetpols über einem Substrat, Ausbilden einer ersten senkrechten Magnetschicht über dem Hauptmagnetpol, wobei die erste senkrechte Magnetschicht eine erste Spinpolarisationsschicht (SPL 1) mit einer Achse der magnetischen Anisotropie in einer Richtung senkrecht zu einer Filmoberfläche ist, Ausbilden einer ersten unmagnetischen Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 1) über der ersten senkrechten Magnetschicht, Ausbilden einer Magnetschicht über der ersten unmagnetischen Übertragungsschicht, wobei die Magnetschicht eine Feldgenerierungsschicht (FGL) ist und effektiv eine Ebene der leichten Magnetisierung in der Filmoberfläche aufweist, Ausbilden einer zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 2) über der Magnetschicht und Ausbilden einer zweiten senkrechten Magnetschicht über der zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht, wobei die zweite senkrechte Magnetschicht eine zweite Spinpolarisationsschicht (SPL 2) mit einer magnetischen Anisotropie in der Richtung senkrecht zur Filmebene ist.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird ein Plattenlaufwert 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 1 gezeigt, wird mindestens eine drehbare Magnetplatte 112 auf einer Spindel 114 getragen und durch einen Plattenlaufwerksmotor 118 gedreht. Die Magnetaufzeichnung auf jeder Platte erfolgt in der Regel in der Form eines ringförmigen Musters aus konzentrischen Datenbahnen (nicht gezeigt) auf der Platte 112.
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Mindestens ein Schleifer 113 ist nahe der Platte 112 positioniert, wobei jeder Schleifer 113 einen oder mehrere magnetische Lese-/Schreib-Köpfe 121 trägt. Während sich die Platte dreht, wird der Schleifer 113 radial über der Plattenoberfläche 122 hinein und heraus bewegt, so dass die Köpfe 121 auf verschiedene Bahnen der Platte zugreifen können, wo gewünschte Daten aufgezeichnet sind und/oder wohin sie geschrieben werden sollen. Jeder Schleifer 113 ist unter Verwendung einer Aufhängung 115 an einem Aktorarm 119 angebracht. Die Aufhängung 115 liefert eine geringfügige Federkraft, die den Schleifer 113 gegen die Plattenoberfläche 122 vorspannt. Jeder Aktorarm 119 ist an einem Aktor 127 angebracht. Der Aktor 127, wie in 1 gezeigt, kann ein Linearmotor (VCM – Voice Coil Motor) sein. Der VCM umfasst eine Spule, die sich innerhalb eines festen Magnetfelds bewegen kann, wobei die Richtung und Geschwindigkeit der Spulenbewegung durch die durch den Controller 129 gelieferten Motorstromsignale gesteuert werden.
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Während des Betriebs des Plattenspeichersystems generiert die Drehung der Platte 112 ein Luftlager zwischen dem Schleifer 113 und der Plattenoberfläche 122, die eine Aufwärtskraft oder einen Auftrieb auf den Schleifer ausübt. Während des normalen Betriebs wirkt das Luftlager somit der geringfügigen Federkraft der Aufhängung 115 entgegen und trägt den Schleifer 113 um einen kleinen, im Wesentlichen konstanten Abstand weg von und geringfügig über der Plattenoberfläche. Man beachte, dass der Schleifer 113 bei einigen Ausführungsformen entlang der Plattenoberfläche 122 schleifen kann.
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Die verschiedenen Komponenten des Plattenspeichersystems werden im Betrieb durch durch eine Steuereinheit 129 generierte Steuersignale gesteuert, wie etwa Zugriffssteuersignale und interne Taktsignale. In der Regel umfasst die Steuereinheit 129 Logiksteuerschaltungen, eine Speichervorrichtung (z. B. einen Speicher) und einen Mikroprozessor. Die Steuereinheit 129 generiert Steuersignale zum Steuern verschiedener Systemoperationen wie etwa Antriebsmotorsteuersignale auf der Leitung 123 und Kopfpositions- und Suchsteuersignale auf der Leitung 128. Die Steuersignale auf der Leitung 128 liefern die gewünschten Stromprofile, um den Schleifer 113 optimal zu bewegen und zur gewünschten Datenspur auf der Platte 112 zu bewegen. Lese- und Schreibsignale werden über einen Aufzeichnungskanal 125 zu und von den Lese-/Schreibköpfen 121 kommuniziert.
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Die obige Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die beiliegende Darstellung von 1 dient nur zu Darstellungszwecken. Es ist offensichtlich, dass Plattenspeichersysteme eine große Anzahl an Platten und Aktoren enthalten können und jeder Aktuator kann eine Anzahl von Schleifern unterstützen.
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Auch eine Schnittstelle kann zur Kommunikation zwischen dem Plattenlaufwerk und dem Host (integriert oder extern) vorgesehen sein, um die Daten zu senden und zu empfangen und um den Betrieb des Plattenlaufwerks zu steuern und den Status des Plattenlaufwerks an den Host zu kommunizieren, wie der Fachmann versteht.
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Bei einem typischen Kopf enthält ein induktiver Schreibkopf eine Spulenschicht, die in einer oder mehreren Isolationsschichten (Isolationsstapel) eingebettet ist, wobei sich der Isolationsstapel zwischen einer ersten und zweiten Polstückschicht befindet. Ein Spalt ist zwischen der ersten und zweiten Polstückschicht durch eine Spaltschicht an einer Luftlageroberfläche (ABS – Air Bearing Surface) des Schreibkopfs ausgebildet. Die Polstückschichten können an einem hinteren Spalt verbunden sein. Ströme werden durch die Spulenschicht geleitet, die Magnetfelder in den Polstücken erzeugen. Die Magnetfelder erstrecken sich über den Spalt an der ABS zu dem Zweck hinaus, Bits von Magnetfeldinformationen in Spuren auf bewegliche Medien wie etwa in kreisförmigen Spuren auf einer sich drehenden Magnetplatte zu schreiben.
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Die zweite Polstückschicht weist einen Polspitzenabschnitt auf, der sich von der ABS zu einem Aufweitungspunkt erstreckt, und einen Jochabschnitt, der sich von dem Aufweitungspunkt zu dem hinteren Spalt erstreckt. Der Aufweitungspunkt ist dort, wo das zweite Polstück sich zum Ausbilden des Jochs zu verbreitern (aufzuweiten) beginnt. Die Platzierung des Aufweitungspunkts beeinflusst direkt die Größe des Magnetfelds, das erzeugt wird, um Informationen auf das Aufzeichnungsmedium zu schreiben.
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Gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform kann ein Magnetdatenspeichersystem mindestens einen Magnetkopf, wie hierin beschrieben, gemäß einer beliebigen Ausführungsform, ein magnetisches Medium, einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des magnetischen Mediums über den mindestens einen Magnetkopf und einen elektrisch an den mindestens einen Magnetkopf gekoppelten Controller zum Steuern des Betriebs des mindestens einen Magnetkopfs umfassen.
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2A zeigt schematisch ein herkömmliches Aufzeichnungsmedium, wie es mit Magnetplattenaufzeichnungssystemen, wie etwa denen in 1 gezeigten, verwendet wird. Dieses Medium wird dazu benutzt, um magnetische Impulse in oder parallel zu der Ebene des Mediums selbst aufzuzeichnen. Das Aufzeichnungsmedium, in diesem Fall eine Aufzeichnungsplatte, umfasst im Grunde ein Trägersubstrat 200 aus einem geeigneten unmagnetischen Material wie etwa Glas mit einer darüber liegenden Beschichtung 202 aus einer geeigneten und herkömmlichen Magnetschicht.
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2B zeigt die operative Beziehung zwischen einem herkömmlichen Aufzeichnungs-/Wiedergabekopf 204, der bevorzugt ein Dünnschichtkopf sein kann, und einem herkömmlichen Aufzeichnungsmedium wie etwa dem von 2A.
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2C veranschaulicht schematisch die Orientierung von magnetischen Impulsen im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums, wie es bei Magnetplattenaufzeichnungssystemen wie etwa dem in 1 gezeigten verwendet wird. Für ein derartiges senkrechtes Aufzeichnen enthält das Medium in der Regel eine Unterschicht 212 aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität. Diese Unterschicht 212 wird dann mit einer darüber liegenden Beschichtung 214 aus magnetischem Material bevorzugt mit einer hohen Koerzitivkraft relativ zu der Unterschicht 212 versehen.
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2D veranschaulicht die operative Beziehung zwischen einem senkrechten Kopf 218 und einem Aufzeichnungsmedium. Das in 2D dargestellte Aufzeichnungsmedium enthält sowohl die eine hohe Permeabilität aufweisende Unterschicht 212 als auch die darüber liegende Beschichtung 214 aus magnetischem Material, bezüglich 2C oben beschrieben. Diese beiden Schichten 212 und 214 sind jedoch auf ein geeignetes Substrat 216 aufgebracht gezeigt. In der Regel gibt es zwischen den Schichten 212 und 214 auch eine als „Austauschunterbrechungsschicht” oder „Zwischenschicht” bezeichnete nichtgezeigte zusätzliche Schicht.
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Bei dieser Struktur schleifen die sich zwischen den Polen des senkrechten Kopfs 218 erstreckenden Magnetflusslinien in die darüber liegende Beschichtung 214 des Aufzeichnungsmediums mit der eine hohe Permeabilität aufweisenden Unterschicht 212 des Aufzeichnungsmediums hinein und aus dieser heraus, was bewirkt, dass die Flusslinien in einer Richtung allgemein senkrecht zur Oberfläche des Mediums durch die darüber liegende Beschichtung 214 hindurchgehen, um Informationen in der darüber liegenden Beschichtung 214 aus magnetischem Material bevorzugt mit einer hohen Koerzitivkraft relativ zur Unterschicht 212 in Form von magnetischen Impulsen aufzuzeichnen, deren Magnetisierungsachsen im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Mediums verlaufen. Der Fluss wird durch die weiche darunter liegende Beschichtung 212 zur Rückschicht (P1) des Kopfs 218 kanalisiert.
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2E veranschaulicht eine ähnliche Struktur, bei der das Substrat 216 die Schichten 212 und 214 auf jeder seiner zwei gegenüberliegenden Seiten trägt, wobei geeignete Aufzeichnungsköpfe 218 bei der äußeren Oberfläche der Magnetbeschichtung 214 auf jeder Seite des Mediums positioniert sind, was das Aufzeichnen auf jeder Seite des Mediums gestattet.
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3A ist eine Querschnittsansicht eines senkrechten Magnetkopfs. In 3A werden spiralförmige Spulen 310 und 312 verwendet, um einen Magnetfluss in dem Stitch-Pol 308 zu erzeugen, der dann diesen Fluss an den Hauptpol 306 liefert. Die Spulen 310 zeigen Spulen an, die sich aus der Seite heraus erstrecken, während die Spulen 312 Spulen anzeigen, die sich in die Seite erstrecken. Der Stitch-Pol 308 kann von der ABS 318 zurückgesetzt sein. Eine Isolation 316 umgibt die Spulen und kann für einige der Elemente eine Stütze liefern. Die Richtung der Medienbewegung, wie durch den Pfeil rechts von der Struktur angezeigt, bewegt die Medien an dem unteren Rückpol 314 zuerst vorbei, dann vorbei an dem Stitch-Pol 308, dem Hauptpol 306, der hinteren Abschirmung 304, die mit der nichtgezeigten herumgezogenen Abschirmung verbunden sein kann, und schließlich an dem oberen Rückpol 302 vorbei. Jede dieser Komponenten kann einen Abschnitt in Kontakt mit der ABS 318 aufweisen. Die ABS 318 ist über die rechte Seite der Struktur hinweg angezeigt.
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Ein senkrechtes Schreiben wird dadurch erreicht, indem Fluss durch den Stitch-Pol 308 in den Hauptpol 306 und dann zur Oberfläche der zu der ABS 318 positionierten Scheibe gezwungen wird.
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3B zeigt einen Huckepack-Magnetkopf mit ähnlichen Merkmalen wie der Kopf von 3A. Zwei Abschirmungen 304, 314 flankieren den Stitch-Pol 308 und den Hauptpol 306. Auch die Sensorabschirmungen 322, 324 sind gezeigt. Der Sensor 326 ist in der Regel zwischen Sensorabschirmungen 322, 324 positioniert.
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4A ist ein Schemadiagramm einer Ausführungsform, die schleifenförmige Spulen 410 verwendet, manchmal als eine Pfannkuchenkonfiguration bezeichnet, um Fluss an den Stitch-Pol 408 zu liefern. Der Stitch-Pol liefert diesen Fluss dann an den Hauptpol 406. In dieser Orientierung ist der untere Rückpol optional. Eine Isolation 416 umgibt die Spulen 410 und kann eine Stütze für den Stitch-Pol 408 und den Hauptpol 406 bereitstellen. Der Stitch-Pol kann gegenüber der ABS 418 zurückgesetzt sein. Die Richtung der Medienbewegung, wie durch den Pfeil rechts von der Struktur angezeigt, bewegt die Medien an dem Stitch-Pol 408, dem Hauptpol 406, der hinteren Abschirmung 404, die mit der nichtgezeigten herumgezogenen Abschirmung verbunden sein kann, und schließlich an dem oberen Rückpol 402 vorbei (die alle einen Abschnitt in Kontakt mit der ABS 418 aufweisen oder nicht aufweisen können). Die ABS 418 ist über der rechten Seite der Struktur angezeigt. Die hintere Abschirmung 404 kann sich bei einigen Ausführungsformen mit dem Hauptpol 406 in Kontakt befinden.
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4B zeigt eine andere Art von Huckepack-Magnetkopf mit ähnlichen Merkmalen wie der Kopf von 4A einschließlich einer schleifenförmigen Spule 410, die herumgezogen ist, um eine Pfannkuchenspule auszubilden. Außerdem sind Sensorabschirmungen 422, 424 gezeigt. Der Sensor 426 ist in der Regel zwischen den Sensorabschirmungen 422, 424 positioniert.
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In den 3B und 4B ist eine optionale Heizung nahe der nicht-ABS-Seite des Magnetkopfs gezeigt. Ein Heizungselement (Heizung) kann ebenfalls in den in 3A und 4A gezeigten Magnetköpfen enthalten sein. Die Position dieser Heizung kann auf der Basis von Designparametern wie etwa da, wo der Vorsprung gewünscht ist, Wärmeausdehnungskoeffizienten der umgebenden Schichten usw., variieren.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 6 wird ein Spin-Torque-Oszillator (STO) 600 gemäß einer Ausführungsform im Kontext mit anderen Komponenten eines Magnetkopfs gezeigt. Dieser STO 600 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit einem MAMR-Kopf (Microwave-Assisted Magnetic Recording) verwendet werden. Der STO 600 weist eine erste Spinpolarisationsschicht (SPL 1) 606 unter einer ersten Abstandshalterschicht (Abstandshalter 1) 604 auf, die unter einer Feldgenerierungsschicht FGL (Field Generation Layer) 602 positioniert ist, und dann einer zweiten Abstandshalterschicht (Abstandshalter 2) 614 und einer zweiten SPL (SPL 2) 612.
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Wie in 7 gezeigt, kann ein Magnetaufzeichnungskopf 700 einen STO 600 zum Generieren eines magnetischen Wechselfelds (AC-Felds), einen Hauptmagnetpol 702 zum Generieren eines Aufzeichnungskopfmagnetfelds, eine Spule 704 zum Erregen des Magnetfelds in dem Hauptmagnetpol 702 und eine hintere Abschirmung 706 umfassen. Wenngleich in 7 nicht gezeigt, können Seitenabschirmungen an dem Äußeren in der Spurbreitenrichtung des Hauptmagnetpols 702 gemäß einiger Ansätze vorgesehen sein. Außerdem kann ein magnetisches Aufzeichnungsmedium 712, wie zur Bezugnahme in 7 gezeigt, vorgesehen sein, ist aber kein Abschnitt des Magnetkopfs 700.
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Der STO 600 umfasst eine Unterschicht 708, eine SPL 1 606, eine erste unmagnetische Zwischenschicht (Abstandshalter 1) 604, eine FGL 602, eine zweite unmagnetische Zwischenschicht (Abstandshalter 2) 614, eine SPL 2 612 und eine Kappenschicht 710. Der an den STO 600 angelegte Strom ist in der Richtung von der SPL 1 606 zu der SPL 2 612, wie in 6 angezeigt. Bevorzugt kann die Unterschicht 708 und die Kappenschicht 710 leitende Metallmaterialien umfassen. Bei diesem strukturellen Beispiel kann die Unterschicht 708 gemäß verschiedener Ausführungsformen zwischen etwa 0,5 nm und etwa 5 nm, wie etwa 2 nm, liegen und kann ein beliebiges geeignetes Material wie etwa Ta umfassen. Die Kappenschicht 710 kann gemäß verschiedener Ausführungsformen zwischen etwa 0,5 nm und etwa 5 nm, wie etwa 2 nm, liegen und kann ein beliebiges geeignetes Material wie etwa Cr umfassen. Die FGL 602 kann gemäß verschiedener Ausführungsformen zwischen etwa 9 nm und etwa 15 nm, wie etwa 12 nm, liegen und kann ein beliebiges geeignetes Material wie etwa CoFe oder eine CoFe-Legierung, die ein oder mehrere gewisse andere Elemente enthält, umfassen.
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Das senkrechte anisotrope Magnetfeld (Hk) kann bei einigen Ansätzen etwa 0 betragen. Die Sättigungsmagnetisierung (Ms) kann bei einigen Ansätzen etwa 2,3 T betragen. Unter der Perspektive des Vergrößerns der in der Ebene liegenden Komponente der FGL-Magnetisierung weist ein bevorzugtes Material eine größere gesättigte Magnetisierung und eine senkrechte anisotrope Energie von null oder eine negative Energie auf. Sowohl die erste als auch die zweite unmagnetische Zwischenschicht (Abstandshalter 1 und 2) 604, 614 können Cu umfassen und können eine Schichtdicke zwischen etwa 0,5 nm und etwa 5 nm, wie etwa 2 nm bei einem Ansatz, umfassen. Das Material der unmagnetischen Zwischenschichten 604, 614 kann ein beliebiges unmagnetisches leitendes Metallmaterial sein und ist nicht auf irgendein bestimmtes Material beschränkt.
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Sowohl die SPL 1 606 als auch die SPL 2 612 können bei einigen Ansätzen ein beliebiges geeignetes Material wie etwa Co/Ni oder eine gewisse Legierung davon umfassen. Eine Schichtdicke (t_SPL1) der SPL 1 606 kann zwischen etwa 5 nm und etwa 15 nm, wie etwa 9 nm bei einem Ansatz betragen. Eine Schichtdicke (t_SPL2) der SPL 2 612 kann zwischen etwa 0,5 nm und etwa 6 nm, wie bei einem Ansatz etwa 3 nm, betragen. Die Ms sowohl der SPL 1 606 als auch der SPL 2 612 können bei einem Ansatz etwa 1,2 T betragen. Das senkrechte anisotrope Magnetfeld kann bei einem Ansatz etwa 13 kOe betragen. Sowohl die SPL 1 606 als auch die SPL 2 612 weisen ein senkrechtes anisotropes Magnetfeld auf und genügen den folgenden Beziehungen: t_SPL1 ≥ 2(t_SPL2) Gleichung 1 t_SPL1 ≥ 3,0 nm Gleichung 2 t_SPL2 ≥ 0,5 nm Gleichung 3
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Weiterhin verläuft die Richtung des Stromflusses von SPL 1 → FGL → SPL 2 gemäß bevorzugter Ausführungsformen.
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Gemäß dieser Struktur können gute Oszillationen, wie in 8 gezeigt, realisiert werden. Außerdem kann ein Unterstützungseffekt erhalten werden, der größer ist als der der in 9 gezeigten herkömmlichen Struktur.
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10 zeigt die Oszillationsleistung eines STO für variierende Filmdicken der SPL 1 und SPL 2 gemäß der vorgeschlagenen Struktur. Das in 6 gezeigte Strukturbeispiel entspricht der vorgeschlagenen Struktur und weist gute Oszillationen auf, wie in 8 gezeigt. Außerdem ist klar, dass gute Oszillationen in dem die Gleichungen 1–3 genügenden Bereich auftreten.
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Als Nächstes werden einige Faktoren zum Erhalten des stärkeren magnetischen Wechselfelds in der vorgeschlagenen Struktur unten gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Wie in 6 gezeigt, startet die vorgeschlagene Struktur simultan durch Wechselwirkungen zwischen der SPL 1 606 und der FGL 602 verursachte Oszillationen im T-Modus zusammen mit durch Wechselwirkung zwischen der SPL 2 612 und der FGL 602 verursachten Oszillationen im U-Modus. Der Name T-Modus stammt von der T-förmigen Magnetisierung der FGL 602 und der SPL 1 606. Außerdem kommt der Name U-Modus von der U-förmigen Magnetisierung der FGL 602 und der SPL 2 612. Oszillationen im T-Modus spielen eine Rolle beim Vergrößern der in der Ebene liegenden Komponente der Magnetisierung der FGL 602 auf der Seite der SPL 1. Oszillationen im U-Modus spielen eine Rolle beim Vergrößern der in der Ebene liegenden Komponente der Magnetisierung der FGL 602 auf der Seite der SPL 2.
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Folglich nimmt die Intensität des durch die FGL 602 generierten magnetischen Wechselfelds gegenüber der Fähigkeit der in 5 gezeigten herkömmlichen Struktur 500 zu. Diese Oszillationen können nicht realisiert werden, indem einfach nur eine einzelne SPL 506 über und/oder unter der FGL 502 geschichtet wird.
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Wieder unter Bezugnahme auf 6 wird bei Oszillationen im T-Modus ein von der SPL 1 606 reflektiertes Spin-Torque an die FGL 602 angelegt, und die FGL 602 schwingt. Deshalb wird Strom in der Richtung von der SPL 1 606 zur FGL 602 geleitet. Die Magnetisierung der SPL 1 606 bleibt in der Richtung der Schichtdicke stabil, um das Spin-Torque effizient von der SPL 1 606 zu übertragen. Bei Oszillationen im T-Modus bleibt die SPL 1 606 in der senkrechten Richtung stabil orientiert. Es wird angemerkt, dass die Schichtdicke der SPL 1 606 mindestens 3,0 nm betragen sollte, um Gleichung 2 zu genügen.
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Außerdem werden Oszillationen im U-Modus dadurch realisiert, dass die SPL 2 612 und die FGL 602 im antiparallelen Zustand gehalten werden. Im U-Modus beeinflusst die Magnetisierung der SPL 2 612 das Spin-Torque und Oszillationen starten. Im Gegensatz dazu wird im T-Modus der Strom von der FGL 602 an die SPL 2 612 geliefert. Weiterhin sollte die Schichtdicke der SPL 2 612 ausreichend dünn sein, so dass sich die SPL 2 612 leicht in der in der Ebene liegenden Richtung orientiert. Mit dünner werdender Schichtdicke der SPL 2 612 wird die anisotrope Magnetisierung in der effektiven senkrechten Richtung klein und der Spin-Torque-Effekt wirkt stark. Während die Stabilität der Magnetisierung der SPL 1 606 aufrechterhalten wird, wird die SPL 2 612 effektiv in Schwingungen versetzt. Deshalb kann die Schichtdicke der SPL 2 612 weniger als die Hälfte der Schichtdicke der SPL 1 606 betragen, wie in Gleichung 1 gezeigt. Falls die Schichtdicke der SPL 1 606 zu gering ist, wird außerdem die SPL 1 606 in mehrere Domänen unterteilt und oszilliert nicht länger. Wie in Gleichung 3 gezeigt, sollte die Schichtdicke der SPL 1 606 mindestens 0,5 nm betragen, um die Gleichung zu erfüllen. Außerdem kann besonders bevorzugt die Schichtdicke etwa 1,0 nm oder größer betragen, um stabile Oszillationen zu haben.
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Gemäß der vorgeschlagenen Struktur kann durch Vergrößern der in der Ebene liegenden Komponente der FGL-Magnetisierung eines STO 600 ein MAMR-Kopf mit einem starken magnetischen Wechselfeld realisiert werden.
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11 zeigt ein weiteres strukturelles Beispiel auf der Basis einer Ausführungsform. Diese STO 650 kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit einem MAMR-Kopf verwendet werden. Die vorgeschlagene Struktur in 11 ist ähnlich der vorgeschlagenen Struktur in 6 mit Ausnahme des in 11 gezeigten STO 650. Der STO 650 weist unterschiedliche Schichtdicken für die SPL 1 606 und die SPL 2 612 auf. Ein Unterschied besteht darin, dass die Richtung des leitenden Stroms 610 (und externen Magnetfelds 608) die Richtung von der SPL 2 612 zur SPL 1 606 ist. Bei dieser in 11 gezeigten vorgeschlagenen Struktur kann die Schichtdicke der SPL 1 606 bei einer Ausführungsform zwischen etwa 1 nm und etwa 6 nm, wie etwa 3 nm, liegen, und die Schichtdicke der SPL 2 612 kann zwischen etwa 6 nm und etwa 12 nm, wie etwa 9 nm, liegen. Die SPL 1 606 und die SPL 2 612 können bei einer Ausführungsform den folgenden Gleichungen genügen. t_SPL2 ≥ 2(t_SPL1) Gleichung 4 t_SPL2 ≥ 3,0 nm Gleichung 5 t_SPL1 ≥ 0,5 nm Gleichung 6
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Weiterhin ist die Richtung des Stromflusses von SPL 2 → FGL → SPL 1. Gemäß dieser in 11 gezeigten vorgeschlagenen Struktur kann ein starkes magnetisches Wechselfeld realisiert werden, weil die SPL 1 606 und die FGL 602 Oszillationen im U-Modus realisieren, und die FGL 602 und die SPL 2 612 können Oszillationen im T-Modus realisieren.
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Ein Prototyp eines Spin-Torque-Oszillators (STO) wurde gemäß einer Ausführungsform hergestellt, und die durch ihn erzeugten Oszillationen wurden ausgewertet. Die in 8 gezeigte steile Oszillationsspitze wurde ausgemessen.
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Tabelle 1 zeigt ein Beispiel der STO-Oszillationsfrequenz, des magnetischen Wechselfelds und des durch eine in
6 gezeigte vorgeschlagene Struktur erhaltenen Unterstützungseffekts, gemäß einer Ausführungsform, und eine herkömmliche Struktur, wie in
5 gezeigt.
| | Herkömmliche Struktur | Vorgeschlagene Struktur |
| Frequenz (GHz) | 18 GHz | 18 GHz |
| Wechselfeld (Oe) | 600 Oe | 1000 Oe |
| Unterstützungseffekt (dB) | 8 dB | 13 dB |
| SRV (dB) | 20 dB | 25 dB |
Tabelle 1
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Die Oszillationsfrequenzen der Struktur der vorliegenden Erfindung und der gewöhnlichen Struktur differieren nicht signifikant, doch ist das magnetische Wechselfeld in der vorgeschlagenen Struktur größer. Der Grund dafür ist, dass die in der Ebene liegende Komponente der FGL-Magnetisierung zunimmt, weil das auf die FGL ausgeübte Spin-Torque zunimmt.
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9 zeigt eine Beziehung zwischen dem SRV und dem STO-Strom für eine herkömmliche Struktur bzw. die vorgeschlagene Struktur, wie in 5–6 gezeigt. Da der STO-Strom in beiden Strukturen zunimmt, verbessert sich das SRV. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Struktur jedoch, bei der das SRV nicht sättigt, sättigt das SRV in der vorgeschlagenen Struktur. Der Stromwert, der an den STO angelegt werden kann, weist unter der Perspektive der Zuverlässigkeit des Elements ein Maximum auf. In einem praktischen Anwendungsbereich weist die vorgeschlagene Struktur deshalb ein höheres SRV als die herkömmliche Struktur auf. Wenn beispielsweise der STO-Strom 5 mA beträgt, beträgt der Unterstützungseffekt der vorgeschlagenen Struktur 13 dB, was um 8 dB höher ist als der Wert der herkömmlichen Struktur. Zudem kann die vorgeschlagene Struktur ein magnetisches Wechselfeld mit höherer Intensität als die herkömmliche Struktur generieren, um das SRV effektiv zu erhöhen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 12 wird ein Verfahren 1200 zum Ausbilden eines MAMR-Kopfs gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren 1200 kann bei verschiedenen Ausführungsformen in Verbindung mit einer beliebigen gewünschten Umgebung durchgeführt werden, einschließlich jenen in 1–11 gezeigten. Natürlich können mehr oder weniger Operationen als jene spezifisch in 12 gezeigten in dem Verfahren 1200 enthalten sein, wie der Durchschnittsfachmann versteht.
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In Operation 1202 wird ein Hauptmagnetpol unter Verwendung einer beliebigen, in der Technik bekannten Formation wie etwa Sputtern, Plattieren, Ionenabscheidung usw. über einem Substrat ausgebildet.
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In Operation 1204 wird die erste senkrechte Magnetschicht über dem Hauptmagnetpol ausgebildet. Die erste senkrechte Magnetschicht ist eine erste Spinpolarisationsschicht (SPL 1) mit einer Achse der magnetischen Anisotropie in einer Richtung senkrecht zu einer Filmoberfläche und kann unter Einsatz eines beliebigen, in der Technik bekannten Verfahrens ausgebildet werden.
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In Operation 1206 wird eine erste unmagnetische Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 1) über der ersten senkrechten Magnetschicht ausgebildet und kann unter Einsatz eines beliebigen, in der Technik bekannten Ausbildungsverfahrens ausgebildet werden.
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In Operation 1208 wird eine Magnetschicht über der ersten unmagnetischen Übertragungsschicht ausgebildet, wobei die Magnetschicht eine FGL ist und effektiv eine Ebene der leichten Magnetisierung in der Filmoberfläche aufweist und unter Verwendung eines beliebigen, in der Technik bekannten Ausbildungsverfahrens ausgebildet werden kann.
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In Operation 1210 wird eine zweite unmagnetischen Übertragungsschicht (Abstandshalterschicht 2) über der Magnetschicht ausgebildet und kann unter Verwendung eines beliebigen, in der Technik bekannten Ausbildungsverfahrens ausgebildet werden.
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In Operation 1212 wird eine zweite senkrechte Magnetschicht über der zweiten unmagnetischen Übertragungsschicht ausgebildet und kann unter Verwendung eines beliebigen, in der Technik bekannten Ausbildungsverfahrens ausgebildet werden. Die zweite senkrechte Magnetschicht ist eine zweite Spinpolarisationsschicht (SPL 2) mit einer magnetischen Anisotropie in der Richtung senkrecht zur Filmebene.
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Bei einem Ansatz kann eine Schichtdicke der ersten senkrechten Magnetschicht größer sein als eine Schichtdicke der zweiten senkrechten Magnetschicht, und ein Strom fließt während der Operation des MAMR-Kopfs von der ersten senkrechten Magnetschicht zur zweiten senkrechten Magnetschicht.
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Bei einem weiteren Ansatz kann eine Schichtdicke der ersten senkrechten Magnetschicht mindestens das Doppelte einer Schichtdicke der zweiten senkrechten Magnetschicht betragen. Die Schichtdicke der ersten senkrechten Magnetschicht kann mindestens etwa 3 nm betragen, und die Schichtdicke der zweiten senkrechten Magnetschicht kann mindestens etwa 0,5 nm betragen.
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Bei einer Ausführungsform kann eine Schichtdicke der ersten senkrechten Magnetschicht kleiner sein als eine Schichtdicke der zweiten senkrechten Magnetschicht, und Strom fließt während der Operation des MAMR-Kopfs von der zweiten senkrechten Magnetschicht zur ersten senkrechten Magnetschicht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Schichtdicke der zweiten senkrechten Magnetschicht mindestens das Doppelte einer Schichtdicke der ersten senkrechten Magnetschicht betragen, und wobei Strom während der Operation des MAMR-Kopfs von der zweiten senkrechten Magnetschicht zur ersten senkrechten Magnetschicht fließt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Schichtdicke der zweiten senkrechten Magnetschicht mindestens etwa 3 nm betragen, und die Schichtdicke der ersten senkrechten Magnetschicht kann mindestens etwa 0,5 nm betragen.
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Weiterhin umfassen bei einem weiteren Ansatz die erste senkrechte Magnetschicht und/oder die zweite senkrechte Magnetschicht mindestens eines von: Co/Ni, Co/Pd, Co/Pt, Co/Fe und Legierungen davon.
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Wenngleich oben verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, versteht sich, dass sie nur beispielhaft und nicht als Beschränkung vorgelegt worden sind. Somit sollte der Umfang und der Schutzbereich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeine der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern sollte stattdessen gemäß den folgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert sein.
