磁性存儲(chǔ)裝置制造方法
【專利摘要】磁性存儲(chǔ)裝置的寫入頭包含寫入尖端，寫入尖端包括磁性材料；寫入脈沖發(fā)生器，寫入脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生包括在磁性存儲(chǔ)裝置與寫入尖端之間的變化的偏壓的寫入脈沖信號(hào)。寫入脈沖信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)寫入脈沖，寫入脈沖有效地使電子從寫入尖端隧穿到磁性存儲(chǔ)裝置中。數(shù)據(jù)流發(fā)生器經(jīng)配置以向?qū)懭爰舛颂峁?shù)據(jù)流信號(hào)，其中數(shù)據(jù)流信號(hào)可操作以將電子中的自旋極性從第一極性改變成第二極性。
【專利說明】磁性存儲(chǔ)裝置
[0001] 本申請(qǐng)案主張2011年12月5日提交的第61/566,885號(hào)美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案的 優(yōu)先權(quán)并且以全文引用的方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及磁性存儲(chǔ)裝置，并且更確切地說涉及對(duì)用于向磁性存儲(chǔ)媒體寫入數(shù)據(jù) 的電子穿隧（tunnel)的使用。

【背景技術(shù)】
[0003] 磁性存儲(chǔ)裝置是信息技術(shù)工業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。早期的磁帶驅(qū)動(dòng)器以及硬盤驅(qū)動(dòng)器是 磁性存儲(chǔ)裝置的實(shí)例。對(duì)于硬盤驅(qū)動(dòng)器，由于將第一磁盤驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上，因此磁 性媒體上寫入的數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)密度已經(jīng)增加了超過兩百萬倍。此外，與用于磁盤驅(qū)動(dòng)器中 的讀取/寫入頭相關(guān)聯(lián)的讀取/寫入數(shù)據(jù)速率也不斷改進(jìn)。盡管讀取頭可以按比例縮放到 越來越小的感測(cè)區(qū)域，但寫入頭技術(shù)正變得難以繼續(xù)小型化。
[0004] 常規(guī)的寫入頭包含包裹在線圈中的一塊鐵氧體。為了寫入數(shù)據(jù)，對(duì)線圈通電并且 在寫入頭與磁性媒體之間的間隙中形成強(qiáng)磁場(chǎng)。所產(chǎn)生的磁場(chǎng)使磁性媒體的一部分磁化。 為了讀取數(shù)據(jù)，讀取頭被定位在磁化部分的上方并且將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化成電流。盡管有效，但常規(guī) 的寫入頭限制了磁性媒體上的寫入數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)密度。舉例來說，隨著下方部分的大小變 得越來越小，僅使磁性媒體的所需部分磁化而不會(huì)無意地影響相鄰部分變得越來越困難。 常規(guī)的寫入頭還具有用于實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)需求的鐵氧體的復(fù)雜形狀。
[0005] 經(jīng)探索用于寫入頭改進(jìn)的一個(gè)額外區(qū)域是熱輔助磁記錄（heat assisted magnetic recording，HAMR)。HAMR使用激光熱輔助以首先加熱磁性媒體來以磁性方式將 數(shù)據(jù)記錄在磁性媒體上。在具有硬盤驅(qū)動(dòng)器的情況下，由于激光器以及等離子體波導(dǎo)近場(chǎng) 換能器的集成，HAMR需要顯著增加寫入頭的復(fù)雜性，以便在非常短的時(shí)間內(nèi)將以高速（約 20m/s)行進(jìn)的磁性媒體盤的非常小的區(qū)域[在所述磁性媒體盤上約20納米（nm)]加熱到 約400°C的相對(duì)較高的溫度。實(shí)現(xiàn)所需的溫度梯度以允許寫入足夠小的區(qū)域是極其困難的。 因此，需要一種克服上述不足以及缺點(diǎn)的寫入頭設(shè)備和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 實(shí)施例涉及用于在磁性存儲(chǔ)裝置中執(zhí)行寫入以及讀取操作的設(shè)備和方法。在一個(gè) 實(shí)施例中，磁性存儲(chǔ)裝置的寫入頭包含包括磁性材料的寫入尖端。寫入頭進(jìn)一步包含寫入 脈沖發(fā)生器，所述寫入脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生包括磁性存儲(chǔ)裝置與寫入尖端之間的變化 的偏壓的寫入脈沖信號(hào)，其中所述寫入脈沖信號(hào)有效地使電子從寫入尖端隧穿到磁性存儲(chǔ) 裝置中；以及數(shù)據(jù)流發(fā)生器，所述數(shù)據(jù)流發(fā)生器經(jīng)配置以向?qū)懭爰舛颂峁?shù)據(jù)流信號(hào)，其中 所述數(shù)據(jù)流信號(hào)可操作以將電子中的自旋極性從第一極性改變成第二極性。
[0007] 在另一實(shí)施例中，一種將數(shù)據(jù)記錄在磁性存儲(chǔ)裝置中的方法包含產(chǎn)生包括待施加 到磁性存儲(chǔ)裝置上的變化電壓的寫入脈沖信號(hào)，其中所述寫入脈沖信號(hào)有效地向磁性存儲(chǔ) 裝置提供隧穿電子；提供可操作以將隧穿電子中的自旋極性從第一時(shí)間段期間的第一極性 改變成第二時(shí)間段期間的第二極性的數(shù)據(jù)流信號(hào)；以及使寫入脈沖信號(hào)和數(shù)據(jù)流信號(hào)同 步，其中當(dāng)電子在用于寫入"零"位的一個(gè)或多個(gè)第一寫入操作期間具有第一極性時(shí)，所述 寫入脈沖信號(hào)的偏壓有效地使電子隧穿，并且其中當(dāng)電子在用于寫入"一"位的一個(gè)或多個(gè) 第二寫入操作期間具有第二極性時(shí)，寫入脈沖信號(hào)的偏壓有效地使電子隧穿。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是硬盤驅(qū)動(dòng)器的示意圖；
[0009] 圖2a是可以與圖1的硬盤驅(qū)動(dòng)器一起使用的一個(gè)寫入頭實(shí)施例的示意圖；
[0010] 圖2b是可以與圖1的硬盤驅(qū)動(dòng)器一起使用的另一寫入頭實(shí)施例的示意圖；
[0011] 圖3a是可以與圖1的硬盤驅(qū)動(dòng)器一起使用的另一寫入頭實(shí)施例的示意圖；
[0012] 圖3b圖示了可以通過圖3a的實(shí)施例產(chǎn)生的示例性信號(hào)；
[0013] 圖3c圖示了圖3b的示例性信號(hào)的細(xì)節(jié)；
[0014] 圖4a到4c是進(jìn)一步圖示了圖2a和圖3a的寫入頭實(shí)施例的操作的電子穿隧的示 意圖；
[0015] 圖5描繪了讀取頭的實(shí)施例；以及
[0016] 圖6a到6c描繪了使用圖5的實(shí)施例來讀取硬盤驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 現(xiàn)在將參考附圖在下文中更加完整地描述本發(fā)明，在所述附圖中示出了本發(fā)明的 實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為限于本文所陳述的實(shí) 施例。相反，提供這些實(shí)施例以使本發(fā)明全面且完整，并且這些實(shí)施例將把本發(fā)明的范圍完 整地傳達(dá)給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖式中，相同標(biāo)號(hào)始終指代相同元件。
[0018] 當(dāng)前實(shí)施例大體上涉及磁性存儲(chǔ)裝置以及用于將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁性存儲(chǔ)媒體中的 技術(shù)。確切地說，當(dāng)前實(shí)施例與硬盤驅(qū)動(dòng)器以及包括硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的磁性存儲(chǔ)媒體的磁性 數(shù)據(jù)盤相關(guān)。轉(zhuǎn)向圖1，圖示了硬盤驅(qū)動(dòng)器100的示意圖。硬盤驅(qū)動(dòng)器100在示出的笛卡耳 坐標(biāo)系（cartesian coordinate system)的X-Y平面中以平面圖來圖不。硬盤驅(qū)動(dòng)器100 包含基底102以及部分切除示出的蓋子104?；?02以及蓋子104結(jié)合在一起以形成硬 盤驅(qū)動(dòng)器100的外殼106。硬盤驅(qū)動(dòng)器100包含本文中被稱作磁性數(shù)據(jù)盤108的一個(gè)或多 個(gè)可旋轉(zhuǎn)磁性媒體。磁性數(shù)據(jù)盤108可以將信息儲(chǔ)存為以磁性方式定向的區(qū)域，所述區(qū)域 各自可以表示單個(gè)位。盡管僅圖示了一個(gè)磁性數(shù)據(jù)盤108,但可能存在多個(gè)磁盤。磁性數(shù)據(jù) 盤108耦合到心軸114上，所述心軸114操作以使磁性數(shù)據(jù)盤108圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。致 動(dòng)器臂110包含與本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例一致的讀取/寫入頭112。致動(dòng)器臂110將讀取/ 寫入頭112定位在磁性數(shù)據(jù)盤108之上的所需位置處。
[0019] 有利地，與本發(fā)明一致的讀取/寫入頭112包含至少一個(gè)寫入頭，所述寫入頭產(chǎn) 生用于電子隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤108的離散區(qū)域的電子。離散區(qū)域各自表示一個(gè)數(shù)據(jù)位，其 中一個(gè)磁性定向表示"0"并且大體上相反的磁性定向表示"1"。讀取/寫入頭112還可以 包含讀取頭，所述讀取頭能夠檢測(cè)離散磁性區(qū)域的磁場(chǎng)以區(qū)分表示"〇"的磁性定向與表示 "1"的磁性定向。
[0020] 圖2a是圖示了包含與本發(fā)明一致的寫入頭202的寫入頭組合件200的示意圖。一 般來說，寫入頭202提供用于電子隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤108的離散區(qū)域（下文被稱作"磁性區(qū) 域"）的電子。寫入頭可以包含寫入部件203,所述寫入部件203包含寫入尖端205。寫入 尖端205可以是與原子力顯微鏡處的尖點(diǎn)略微類似的尖點(diǎn)。在一些實(shí)例中，寫入尖端205 可以根據(jù)用于形成探針的已知技術(shù)形成，所述探針例如原子力顯微鏡探針、掃描隧穿探針、 磁力顯微鏡探針、或類似探針（本文中共同地稱為"掃描探針"）。一般來說，寫入頭202經(jīng) 配置以通過提供隧穿電子將數(shù)據(jù)寫入到磁性數(shù)據(jù)盤108中，所述隧穿電子在將信息位寫入 到磁性數(shù)據(jù)盤108中的區(qū)域中的每一個(gè)寫入操作期間具有較高程度的極化。
[0021] 在各種實(shí)施例中，寫入頭202經(jīng)配置以執(zhí)行將信息垂直記錄到磁性數(shù)據(jù)盤108中， 其中磁性區(qū)域214到226的磁化方向垂直于磁性數(shù)據(jù)盤108的表面207。如下文詳述，在寫 入操作期間，單自旋極性的電子可以通過寫入軸203產(chǎn)生，所述寫入軸203在寫入尖端205 的區(qū)域中退出并且隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤108中。如本文中所使用的術(shù)語"自旋極性"指代電 子的量子機(jī)械自旋的意義，所述意義可以被稱為"自旋向上"或"自旋向下"，或者簡(jiǎn)單地"向 上"或"向下"。當(dāng)給定自旋極性的足夠電子隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤108的局部區(qū)域中時(shí)，該局 部區(qū)域可以根據(jù)隧穿電子的自旋對(duì)準(zhǔn)。因此，與本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例一致，在用于產(chǎn)生單個(gè) 位的單個(gè)寫入操作中，寫入尖端205可以被充分磁化，使得從寫入頭202隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤 108中的大部分電子具有相同的自旋。
[0022] 在一些實(shí)例中，寫入尖端205具有可以通過半徑描述的彎曲表面。在一些實(shí)例中， 寫入尖端205的半徑尺寸可以在一納米與三十納米之間。寫入尖端205的半徑尺寸可以 (例如）根據(jù)與待寫入位對(duì)應(yīng)的磁性區(qū)域的尺寸來設(shè)計(jì)。盡管在圖2a中未描繪，但寫入頭 組合件200可以包含用于掃描探針中以將寫入尖端205對(duì)準(zhǔn)在表面207上方的常規(guī)組件。 例如，寫入頭組合件200可以包含用于將寫入尖端205與表面207之間的間隔維持在所需 距離的壓電或其他組件，所述距離通?？梢詾榧s一納米或更小。
[0023] 如圖2a中進(jìn)一步示出，寫入頭組合件200包含數(shù)據(jù)流發(fā)生器208,所述數(shù)據(jù)流發(fā) 生器208經(jīng)配置以向表示待寫入的所需位流的寫入線圈206提供數(shù)據(jù)流信號(hào)（下文關(guān)于圖 3b、3c詳述）。寫入頭組合件200還包含寫入脈沖發(fā)生器210。如圖2的實(shí)施例中所示，寫 入頭組合件200可以包含電耦合在寫入部件203與磁性數(shù)據(jù)盤108之間的電源212。盡管 未明確示出，但寫入頭組合件200還可以包含接近寫入線圈206的旁軛以向由寫入部件203 產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供返回路徑。
[0024] 圖2b提供了寫入頭組合件200的一個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)，其中寫入頭250包含旁軛 204,所述旁軛204經(jīng)調(diào)適以具有纏繞旁軛204的至少一部分的寫入線圈252。如圖所示，在 此實(shí)施例中，旁軛204包含臂207,寫入線圈206纏繞所述臂207。寫入尖端205設(shè)置在寫 入部件203的遠(yuǎn)端上。在操作中，數(shù)據(jù)流發(fā)生器208向?qū)懭刖€圈206提供表示待寫入的所 需位流（例如"0"和"1"的二進(jìn)制字符串）的數(shù)據(jù)流信號(hào)。寫入脈沖發(fā)生器210提供了足 以將電子230從寫入尖端205隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤108的下方磁性區(qū)域（例如，磁域區(qū)域） 中的寫入偏壓信號(hào)。一系列短電流爆發(fā)將電子230從寫入尖端205隧穿到在寫入尖端205 正下方的磁性數(shù)據(jù)盤108中的磁性區(qū)域中。這些電子230的自旋極性（在圖2a和2b中圖 示為第一或"向上"極性）可以通過寫入尖端205的磁化方向來確定。這轉(zhuǎn)而可以受到由 數(shù)據(jù)流發(fā)生器208提供給寫入線圈206的數(shù)據(jù)流信號(hào)的控制。
[0025] 與自旋磁性數(shù)據(jù)盤108的良好電接觸是必需的，以便確保寫入脈沖發(fā)生器210提 供用于從寫入尖端205電子隧穿到下方磁性區(qū)域214、216、218、220、222、224、226中的一者 中的足夠電壓。良好電接觸可以利用通過磁性數(shù)據(jù)盤108的支撐軸承（未圖示）進(jìn)行的歐 姆接觸來進(jìn)行。磁性數(shù)據(jù)盤108可以由玻璃制出，但通常具有制成足夠好的導(dǎo)體的金屬涂 層。替代地，良好電接觸使得我的制作用電容耦合（非接觸）來進(jìn)行，因?yàn)閷懭朊}沖頻率可 能較高（例如，大于10MHz)并且因此所需的電容可能較小。
[0026] 在圖2a和2b中大體上圖示的實(shí)施例中，磁性區(qū)域214到226可以構(gòu)成通過區(qū)域 228彼此隔離的小磁性區(qū)域。在一些實(shí)施例中，區(qū)域228可以是非磁性區(qū)域，例如絕緣體。 還參考圖1，在寫入操作期間，磁盤108可以相對(duì)于寫入尖端205沿著路徑232移動(dòng)以對(duì)磁 性區(qū)域214到226中的一者或多者執(zhí)行一系列寫入操作。當(dāng)寫入尖端105接近給定磁性區(qū) 域（例如磁性區(qū)域214)時(shí)，可以產(chǎn)生寫入脈沖以及數(shù)據(jù)流信號(hào)以將信息寫入到該域中。如 在圖1的平面視圖中觀察，路徑232在圖示的X-Y平面內(nèi)界定了弧線。如在在X-Z平面中示 出了磁性數(shù)據(jù)盤108的透視圖的圖2a和2b中觀察，路徑232在圖中所展現(xiàn)的一個(gè)短距離 上可以近似為直線。在其中磁性區(qū)域214到226的寬度W是約lnm到100nm的實(shí)施例中， 相鄰特征之間的距離可以是相似的值。在寫入期間，對(duì)于在每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)（rpm)范圍中的 磁性數(shù)據(jù)盤108的示例性旋轉(zhuǎn)速度，在一些實(shí)施例中單獨(dú)的寫入操作的持續(xù)時(shí)間可以為約 一納秒到數(shù)十納秒。相同的持續(xù)時(shí)間適用于寫入操作之間的時(shí)間間隔。
[0027] 轉(zhuǎn)向圖3a，圖示了可以用作圖1的硬盤驅(qū)動(dòng)器100的讀取/寫入頭112的讀取/ 寫入頭312的示意圖。讀取/寫入頭312包含寫入頭302以及讀取頭305,所述讀取頭305 可以是巨磁阻（giant magnetoresistance，GMR)頭。與圖2b的寫入頭250類似的寫入頭 302的組件以類似方式進(jìn)行標(biāo)記并且因此省略了任何重復(fù)的說明。在圖3a的實(shí)施例中，自 旋磁性數(shù)據(jù)盤108可以包含多個(gè)磁性結(jié)構(gòu)354,所述磁性結(jié)構(gòu)354設(shè)置在磁性軟底層356周 圍。類似于圖2a的實(shí)施例，磁性結(jié)構(gòu)354的寬度以及相鄰位之間的間隔可以是約一納米到 約三十納米。使用由寫入脈沖發(fā)生器210以及數(shù)據(jù)流發(fā)生器208產(chǎn)生的信號(hào)的組合來執(zhí)行 向磁性結(jié)構(gòu)354寫入信息。
[0028] 如圖3b中所示，寫入脈沖發(fā)生器210可操作以輸出表示電壓波形的寫入偏壓信號(hào) 352。寫入脈沖發(fā)生器210的輸出端耦合到旁軛204上，而" + "輸出端耦合到自旋磁性 數(shù)據(jù)盤108上。從寫入脈沖發(fā)生器210的" + "輸出端起的良好電接觸可以利用與磁性數(shù)據(jù) 盤108的導(dǎo)電部分（例如，金屬涂層）的歐姆接觸來進(jìn)行。替代地，良好電接觸可以使用從 寫入脈沖發(fā)生器210的" + "輸出端到磁性數(shù)據(jù)盤108的電容耦合（非接觸）來進(jìn)行，因?yàn)?寫入脈沖頻率可能較高（例如，大于10MHz)并且因此所需的電容可能較小。
[0029] 如圖3b中進(jìn)一步示出，數(shù)據(jù)流發(fā)生器208可操作以輸出數(shù)據(jù)流信號(hào)350,所述數(shù)據(jù) 流信號(hào)350可以在時(shí)間上與寫入偏壓信號(hào)352重疊。轉(zhuǎn)向圖3c，示出了寫入偏壓信號(hào)352 以及數(shù)據(jù)流信號(hào)350的更多細(xì)節(jié)。寫入偏壓信號(hào)352包括一組脈沖360,當(dāng)寫入頭302定位 成與磁性數(shù)據(jù)盤308適當(dāng)分開時(shí)，在所述組脈沖中，電壓電平增加到在使電子從寫入頭302 隧穿到磁性數(shù)據(jù)盤308上有效的值。脈沖360以時(shí)間間隔362分開，在所述時(shí)間間隔中，電 壓電平使得在寫入頭302與磁性數(shù)據(jù)盤308之間不發(fā)生隧穿或隧穿減少。數(shù)據(jù)流信號(hào)350 含有在第一方向上的一系列脈沖364以及在第二方向上的一系列脈沖366。因此，脈沖可 以表示在用于使寫入頭302磁化的線圈中的電流方向。因此，脈沖364可以表示在" + "方 向上的電流脈沖，而脈沖366表示在方向上的電流脈沖。應(yīng)注意，在此背景下僅為方便 起見而使用約定" + "以及以便指示在兩個(gè)相反的方向上行進(jìn)的電流。以此方式，脈沖 364、366可以產(chǎn)生改變?cè)趯懭腩^302的尖端處的磁化方向的脈沖，使得從寫入頭302的尖端 隧穿的電子在脈沖364期間呈現(xiàn)第一極化并且在脈沖366期間呈現(xiàn)與第一極化相反的第二 極化。
[0030] 因此，在操作中，在將所需數(shù)據(jù)寫入到磁性數(shù)據(jù)盤108期間，數(shù)據(jù)流發(fā)生器208向 寫入線圈206提供數(shù)據(jù)流信號(hào)350,所述數(shù)據(jù)流信號(hào)350表示與用于寫入的所需數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng) 的位流（例如，"0"和" 1"的二進(jìn)制字符串）。如上文所提到，寫入脈沖發(fā)生器210在旁軛 204與自旋磁性數(shù)據(jù)盤108之間提供了足夠電壓的寫入偏壓（電壓）信號(hào)352,以使電子從 寫入尖端205隧穿到下方磁性結(jié)構(gòu)354,同時(shí)磁性數(shù)據(jù)盤108相對(duì)于寫入頭302沿著路徑 232移動(dòng)。在寫入操作期間，寫入尖端205可以被磁化至接近飽和，使得隧穿至下方磁性結(jié) 構(gòu)354的電子具有較高極化。與當(dāng)前實(shí)施例一致，磁性軟底層356以及旁軛204有助于實(shí) 現(xiàn)此種場(chǎng)要求。
[0031] 在圖3a到3c中具體描繪的寫入過程情境中，在跨越時(shí)間?\到1~3之間的持續(xù)時(shí)間 的時(shí)間段上，將信息寫入磁性數(shù)據(jù)盤108中。在此時(shí)間期間，磁性數(shù)據(jù)盤108相對(duì)于寫入頭 302沿著路徑232行進(jìn)。信息可以在磁性結(jié)構(gòu)354位于寫入頭302下方時(shí)被寫入到所述磁 性結(jié)構(gòu)的給定磁性結(jié)構(gòu)中。因此，在時(shí)刻?\處，信息可以被寫入到磁性結(jié)構(gòu)372中，而在時(shí) 刻Τ 3處，信息可以被寫入到磁性結(jié)構(gòu)380中。圖3a中具體描繪的布置對(duì)應(yīng)于圖3b中示出 的在時(shí)刻1~2處寫入頭302的位置。在這種情況下，寫入頭302接近磁性結(jié)構(gòu)382。如圖3a 和3b中示出，信息被寫入到磁性結(jié)構(gòu)的每一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)中，其中無陰影的磁性結(jié)構(gòu)表示第 一邏輯狀態(tài)并且有陰影的磁性結(jié)構(gòu)表示第二邏輯狀態(tài)。
[0032] 當(dāng)寫入頭將信息寫入到磁性結(jié)構(gòu)370中時(shí)，數(shù)據(jù)流信號(hào)350對(duì)應(yīng)于脈沖366。同 時(shí)，當(dāng)寫入尖端205位于磁性結(jié)構(gòu)370上方時(shí)，寫入偏壓信號(hào)352處于"高"狀態(tài)以提供足夠 的電壓以發(fā)生從寫入尖端205到磁性結(jié)構(gòu)370的電子隧穿。如所提到，隧穿電子的自旋極 化取決于寫入尖端205的磁化方向，所述磁化方向由數(shù)據(jù)流信號(hào)350控制。對(duì)于磁性結(jié)構(gòu) 370,在數(shù)據(jù)流信號(hào)350的寫入期間出現(xiàn)的數(shù)據(jù)流信號(hào)350的脈沖366 (見圖3c)表示第一 自旋極化。在用于將信息寫入到磁性結(jié)構(gòu)372中的寫入操作期間，磁性結(jié)構(gòu)372還經(jīng)受脈 沖366。隨后的磁性結(jié)構(gòu)374的自旋極化經(jīng)反轉(zhuǎn)以提供與"1"邏輯狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的自旋極化。 這通過在將信息寫入到磁性結(jié)構(gòu)374期間使磁性結(jié)構(gòu)374經(jīng)受數(shù)據(jù)流信號(hào)350的脈沖364 來實(shí)現(xiàn)。磁性結(jié)構(gòu)354的每一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)隨后經(jīng)受寫入操作，其中寫入偏壓信號(hào)352的脈 沖360與數(shù)據(jù)流信號(hào)350的脈沖364同時(shí)產(chǎn)生以將邏輯"1"寫入到該磁性結(jié)構(gòu)中（參見， 例如，磁性結(jié)構(gòu)378)，或與脈沖366同時(shí)產(chǎn)生以將邏輯"0"寫入到該磁性結(jié)構(gòu)中（參見，例 如，磁性結(jié)構(gòu)376)。為了使數(shù)據(jù)流信號(hào)350與寫入偏壓信號(hào)352恰當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)，寫入頭組合件 200配備有同步組件260。同步組件260可以構(gòu)成耦合到數(shù)據(jù)流發(fā)生器208以及寫入脈沖 發(fā)生器210兩者上的電路，使得由寫入脈沖發(fā)生器210產(chǎn)生的波形的高偏壓脈沖的時(shí)間段 與數(shù)據(jù)流發(fā)生器208的波形的脈沖對(duì)準(zhǔn)，例如如圖3c中所圖示。
[0033] 除使數(shù)據(jù)流信號(hào)350和寫入偏壓信號(hào)352中的脈沖的時(shí)序?qū)?zhǔn)之外，同步組件260 還可以使磁性數(shù)據(jù)盤108的位置與數(shù)據(jù)流信號(hào)350以及寫入偏壓信號(hào)352對(duì)準(zhǔn)，使得在脈 沖360期間磁性結(jié)構(gòu)設(shè)置在寫入尖端205下方。以此方式，通過寫入尖端205產(chǎn)生的自旋 極化電子更加可能隧穿到待寫入的所需磁性結(jié)構(gòu)中。
[0034] 應(yīng)注意，在圖3a到3c的實(shí)例中，將信息寫入到磁性結(jié)構(gòu)354中的每一個(gè)磁性結(jié)構(gòu) 中。然而，在一些情況下，信息不需要被寫入到磁性結(jié)構(gòu)354中的每一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)中。例如， 當(dāng)寫入尖端205在給定磁性結(jié)構(gòu)上經(jīng)過時(shí)，寫入偏壓信號(hào)352可以維持在時(shí)間間隔362的 電壓電平處，對(duì)于所述給定磁性結(jié)構(gòu)將不寫入信息。
[0035] 轉(zhuǎn)向圖4a到4c，示出了隨時(shí)間推移寫入尖端205以及一個(gè)磁性結(jié)構(gòu)370的分解 視圖。確切地說，圖4a到4c中圖示的進(jìn)程表示與當(dāng)前實(shí)施例一致的數(shù)據(jù)寫入操作的應(yīng)用 的一個(gè)實(shí)例。在圖4a中圖示的情境中，從寫入尖端205發(fā)出的電子430的自旋極化處于第 一或"向上"狀態(tài)。當(dāng)前存在于磁性結(jié)構(gòu)370中的電子432的自旋極化具有第二大體上相 反或"向下"的極性。然而，圖4a的情境可以對(duì)應(yīng)于在圖3b中示出的時(shí)刻?\處數(shù)據(jù)流信號(hào) 350以及寫入偏壓信號(hào)352的狀態(tài)。如上文所提到，數(shù)據(jù)流信號(hào)350提供脈沖366以提供在 寫入尖端205內(nèi)的電子的第一極化，所述第一極化可以對(duì)應(yīng)于"向上"狀態(tài)。同時(shí)，寫入偏 壓信號(hào)352的脈沖360在寫入尖端205與磁性數(shù)據(jù)盤108之間提供足夠的電壓差，使得在 寫入尖端205的邊緣處的電子230可以在電流方向440上從寫入尖端205隧穿到磁性結(jié)構(gòu) 370 中。
[0036] 圖4b圖示了在圖4a中示出的情形之后的時(shí)刻處的情形。隨著隧穿電子，即電子 430繼續(xù)轟擊磁性結(jié)構(gòu)370,具有"向上"極性的電子430開始在磁性結(jié)構(gòu)370的上部區(qū)域 中累積并且將"向下"極性電子，即電子432推出。最終，如圖4c中所圖示，由通過寫入尖 端205產(chǎn)生的電子產(chǎn)生的"向上"電子，即電子430可能數(shù)目超過初始"向下"電子，即電子 432。此外，當(dāng)足夠的"向上"電子填充磁性結(jié)構(gòu)370時(shí)，任何初始"向下"電子可以將其極 化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)成"向上"。這通過圖4c中的剩余電子432來圖示，所述剩余電子的極化狀態(tài)現(xiàn) 在是"向上"。
[0037] 盡管讀取頭305在圖3中圖示為約定GMR讀取頭，但在其他實(shí)施例中，讀取頭可以 配備有具有類似于寫入尖端205的尖點(diǎn)的讀取尖端。這通過使用自旋極化電子從磁性數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)中的隧穿而促進(jìn)從磁性數(shù)據(jù)盤讀取數(shù)據(jù)的能力，其中每一個(gè)磁性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以表示單 個(gè)信息位。在自旋極化電子從磁性數(shù)據(jù)盤中待讀取的位隧穿到讀取頭之后，自旋極化電子 就可以在讀取頭中產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)以常規(guī)方式進(jìn)行讀取以便確定被讀取的磁性結(jié)構(gòu)的 極性，以及由此位的邏輯狀態(tài)。
[0038] 來自圖案化磁性結(jié)構(gòu)的自旋極化電子可以隧穿到讀取頭的感測(cè)體積中。這將需要 反轉(zhuǎn)寫入脈沖發(fā)生器210的極性以產(chǎn)生"讀取脈沖"。圖5描繪了與其他實(shí)施例一致的讀取 頭組合件500的一個(gè)實(shí)施例，其中磁性數(shù)據(jù)盤108的讀取通過電子隧穿來執(zhí)行。在示出的 實(shí)例中，讀取頭502包含讀取尖端504,所述讀取尖端的形狀和大小類似于上文所描述的寫 入尖端205的形狀和大小。確切地說，讀取尖端504經(jīng)配置以吸引可以從磁性數(shù)據(jù)盤108 中隧穿的電子。在圖5的情境下，當(dāng)讀取脈沖發(fā)生器508產(chǎn)生在磁性數(shù)據(jù)盤與讀取尖端504 之間建立足夠的偏壓的電壓脈沖時(shí)，自旋極化電子506從磁性區(qū)域214中隧穿。在自旋極 化電子506填充讀取尖端504之后，自旋極化電子506的極化隨后就通過數(shù)據(jù)讀取器510 確定，所述數(shù)據(jù)讀取器510可以根據(jù)常規(guī)的技術(shù)確定讀取尖端504的磁化方向。以此方式， 確定了磁性結(jié)構(gòu)的邏輯狀態(tài)。
[0039] 圖6a描繪了用于使用圖5的讀取頭組合件500讀取磁性數(shù)據(jù)盤108的一部分的 情境的細(xì)節(jié)。在圖6a中，讀取尖端504設(shè)置在包含電子614的磁性結(jié)構(gòu)604上，所述電子 在對(duì)應(yīng)于第一邏輯狀態(tài)的自旋"向上"狀態(tài)中極化。電子614在電流方向620上隧穿到讀 取尖端504中并且可以通過數(shù)據(jù)讀取器520讀取以確定在一個(gè)實(shí)例中磁性結(jié)構(gòu)604處于邏 輯"1"。在圖6b中，讀取尖端504設(shè)置在包含電子616的磁性結(jié)構(gòu)606上，所述電子在對(duì)應(yīng) 于第二邏輯狀態(tài)的自旋"向下"狀態(tài)中極化。電子616隧穿到讀取尖端504中并且可以通 過數(shù)據(jù)讀取器520讀取以確定在一個(gè)實(shí)例中磁性結(jié)構(gòu)606處于邏輯"0"。在圖6c中，讀取 尖端504設(shè)置在包含電子618的磁性結(jié)構(gòu)608上，所述電子在對(duì)應(yīng)于第一邏輯狀態(tài)的自旋 "向上"狀態(tài)中極化。電子618隧穿到讀取尖端504中并且可以通過數(shù)據(jù)讀取器520讀取以 確定在一個(gè)實(shí)例中磁性結(jié)構(gòu)608處于邏輯"1"。
[0040] 利用電子的極性自旋的隧穿電子的概念可以被稱作自旋電子學(xué)。因此已經(jīng)提供了 具有寫入頭的自旋電子學(xué)硬盤驅(qū)動(dòng)器，所述寫入頭使用電子隧穿來將自旋極化隧穿電流傳 導(dǎo)到自旋磁性媒體磁盤等磁性媒體的下方部分。與使用磁場(chǎng)來改變磁性媒體的下方部分的 磁性特性的常規(guī)寫入頭相比，電子隧穿的使用可以經(jīng)有效地控制以影響磁性媒體或磁域的 較小區(qū)域，因?yàn)殡娮涌梢蕴貏e地從寫入尖端引導(dǎo)入。這促進(jìn)了受影響的下方磁性區(qū)域或結(jié) 構(gòu)的大小減少，以便進(jìn)一步促進(jìn)磁盤驅(qū)動(dòng)器的更高的數(shù)據(jù)密度存儲(chǔ)以及繼續(xù)的小型化。隨 著磁域或用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位的結(jié)構(gòu)的大小繼續(xù)縮小，必需實(shí)現(xiàn)磁化變化的隧穿電子的數(shù)目 也將減小。因此，寫入脈沖信號(hào)的振幅也可以減小。此外，可以避免使用磁場(chǎng)的常規(guī)寫入頭 的復(fù)雜寫入頭形狀。
[0041] 本發(fā)明的范圍不應(yīng)受本文中所描述的具體實(shí)施例限制。實(shí)際上，所屬領(lǐng)域的一般 技術(shù)人員根據(jù)以上描述和附圖將明白除本文中所描述的那些實(shí)施例和修改外的本發(fā)明的 其他各種實(shí)施例和對(duì)本發(fā)明的修改。因此，此類其他實(shí)施例和修改意圖落入本發(fā)明的范圍 內(nèi)。此外，盡管已出于特定目的而在本文中在特定環(huán)境中的特定實(shí)施方案的背景中描述了 本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的效用不限于此，并且可以為了任何 數(shù)目的目的在任何數(shù)目的環(huán)境中有利地實(shí)施本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于磁性存儲(chǔ)裝置的寫入頭，其特征在于包括： 寫入尖端，所述寫入尖端包括磁性材料； 寫入脈沖發(fā)生器，所述寫入脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生包括在所述磁性存儲(chǔ)裝置與所述 寫入尖端之間的變化的偏壓的寫入脈沖信號(hào)，所述寫入脈沖信號(hào)包含使電子有效地從所述 寫入尖端隧穿到所述磁性存儲(chǔ)裝置中的一個(gè)或多個(gè)寫入脈沖；以及 數(shù)據(jù)流發(fā)生器，所述數(shù)據(jù)流發(fā)生器經(jīng)配置以向所述寫入尖端提供數(shù)據(jù)流信號(hào)，所述數(shù) 據(jù)流信號(hào)可操作以將所述電子中的自旋極性從第一極性改變成第二極性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寫入頭，進(jìn)一步包括： 導(dǎo)電寫入部件，所述導(dǎo)電寫入部件連接到寫入尖端線圈上；以及 寫入線圈，所述寫入線圈設(shè)置成接近所述導(dǎo)電寫入部件并且耦合到所述數(shù)據(jù)流發(fā)生器 上，所述數(shù)據(jù)流信號(hào)可操作以將所述寫入線圈內(nèi)的電流方向從第一電流方向改變成與第一 方向相反的第二電流方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寫入頭，其中所述第一電流方向經(jīng)配置以在具有第一自旋極 性的所述寫入尖端處產(chǎn)生第一電子，并且所述第二電流方向經(jīng)配置以在具有第二自旋極性 的所述寫入尖端處產(chǎn)生第二電子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寫入頭，其中所述寫入尖端包括約一納米到約三十納米的半 徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寫入頭，其中所述寫入脈沖發(fā)生器具有電耦合到所述寫入尖 端上的第一終端以及電耦合到所述磁性存儲(chǔ)裝置上的第二終端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寫入頭，其中當(dāng)所述寫入尖端距所述磁性存儲(chǔ)裝置的表面的 距離在預(yù)定距離內(nèi)時(shí)，所述寫入脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生可操作以使所述電子從所述寫入 尖端隧穿到所述磁性存儲(chǔ)裝置中的場(chǎng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寫入頭，其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以使所述寫入脈沖信號(hào)和所述 數(shù)據(jù)流信號(hào)同步以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)寫入操作的同步組件，其中當(dāng)所述電子在用于寫入"零" 位的一個(gè)或多個(gè)第一寫入操作期間具有所述第一極性時(shí)，所述寫入脈沖信號(hào)的所述偏壓有 效地使電子隧穿，并且其中當(dāng)所述電子在用于寫入"一"位的一個(gè)或多個(gè)第二寫入操作期間 具有所述第二極性時(shí)，所述寫入脈沖信號(hào)的所述偏壓有效地使電子隧穿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的寫入頭，其中所述同步組件進(jìn)一步經(jīng)配置以使所述寫入脈沖 信號(hào)以及所述數(shù)據(jù)流信號(hào)與所述磁性存儲(chǔ)裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步，其中所述寫入尖端在相應(yīng) 的一個(gè)或多個(gè)第一寫入操作期間接近一個(gè)或多個(gè)第一磁性區(qū)域并且在相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè) 第二寫入操作期間接近一個(gè)或多個(gè)第二磁性區(qū)域。
9. 一種用于將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤中的磁性存儲(chǔ)裝置，其特征在于包括： 寫入尖端，所述寫入尖端設(shè)置在寫入部件的遠(yuǎn)端上； 寫入脈沖發(fā)生器，所述寫入脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以在所述寫入尖端與所述磁盤之間提供 寫入脈沖信號(hào)，所述寫入脈沖信號(hào)包括可操作以產(chǎn)生從所述寫入尖端隧穿到所述磁盤中的 隧穿電子的多個(gè)寫入脈沖；以及 數(shù)據(jù)流發(fā)生器，所述數(shù)據(jù)流發(fā)生器經(jīng)配置以向所述寫入尖端提供數(shù)據(jù)流信號(hào)，所述數(shù) 據(jù)流信號(hào)可操作以在第一組數(shù)據(jù)流時(shí)間段期間在具有第一自旋極性的所述寫入尖端處產(chǎn) 生第一電子，以及在與相應(yīng)寫入時(shí)間段一致的第一數(shù)據(jù)流時(shí)間段以及第二數(shù)據(jù)流時(shí)間段期 間在具有第二自旋極性的所述寫入尖端處產(chǎn)生第二電子。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性存儲(chǔ)裝置，進(jìn)一步包括： 寫入線圈，所述寫入線圈設(shè)置成接近導(dǎo)電寫入部件并且耦合到所述數(shù)據(jù)流發(fā)生器上， 所述數(shù)據(jù)流信號(hào)可操作以將所述寫入線圈內(nèi)的電流方向從在第一組寫入時(shí)間段期間的第 一電流方向改變成在第二組寫入時(shí)間段期間的與第一方向相反的第二電流方向。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其中所述第一電流方向經(jīng)配置以在具有所述 第一自旋極性的所述寫入尖端處產(chǎn)生第一電子，并且所述第二電流方向經(jīng)配置以在具有所 述第二自旋極性的所述寫入尖端處產(chǎn)生第二電子。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其中所述寫入尖端包括約一納米到約三十 納米的半徑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性存儲(chǔ)裝置，其中當(dāng)所述寫入尖端距所述磁盤的表面的 距離在預(yù)定距離內(nèi)時(shí)，所述寫入脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以產(chǎn)生可操作以使所述隧穿電子從所述 寫入尖端隧穿到所述磁盤中的場(chǎng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性存儲(chǔ)裝置，進(jìn)一步包括經(jīng)配置以使所述寫入脈沖信號(hào)、 所述數(shù)據(jù)流信號(hào)、所述磁盤的位置同步的同步組件，其中所述寫入尖端在所述相應(yīng)的一個(gè) 或多個(gè)第一寫入操作期間接近所述磁盤的一個(gè)或多個(gè)第一磁性區(qū)域并且在所述相應(yīng)的一 個(gè)或多個(gè)第二寫入操作期間接近一個(gè)或多個(gè)第二磁性區(qū)域，所述第一磁性區(qū)域包括用于存 儲(chǔ)具有第一值的位的區(qū)域，并且所述第二磁性區(qū)域包括用于存儲(chǔ)具有不同于所述第一值的 第二值的位的區(qū)域。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁性存儲(chǔ)裝置，進(jìn)一步包括讀取頭組合件，所述讀取頭組合 件包括： 磁性讀取尖端； 讀取脈沖發(fā)生器，所述讀取脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以在所述磁性讀取尖端與所述磁盤之間 提供讀取脈沖信號(hào)，所述讀取脈沖信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)讀取時(shí)間段，所述一個(gè)或多個(gè)讀取 時(shí)間段中的每一個(gè)讀取時(shí)間段可操作以產(chǎn)生從所述磁盤隧穿到所述讀取尖端中的第二隧 穿電子；以及 讀取傳感器，所述讀取傳感器可操作以確定在所述一個(gè)或多個(gè)讀取時(shí)間段期間所述第 二隧穿電子的極化狀態(tài)。
16. -種將數(shù)據(jù)記錄在磁性存儲(chǔ)裝置中的方法，其特征在于包括： 產(chǎn)生包括待施加到所述磁性存儲(chǔ)裝置上的變化電壓的寫入脈沖信號(hào)，所述寫入脈沖信 號(hào)包括有效地向所述磁性存儲(chǔ)裝置提供隧穿電子的一個(gè)或多個(gè)寫入脈沖； 提供可操作以將所述隧穿電子中的自旋極性從在第一時(shí)間段期間的第一極性改變成 在第二時(shí)間段期間的第二極性的數(shù)據(jù)流信號(hào)；以及 使所述寫入脈沖信號(hào)和所述數(shù)據(jù)流信號(hào)同步，其中當(dāng)所述電子在用于寫入"零"位的一 個(gè)或多個(gè)第一寫入操作期間具有所述第一極性時(shí)，所述寫入脈沖信號(hào)的偏壓有效地使電子 隧穿，并且其中當(dāng)所述電子在用于寫入"一"位的一個(gè)或多個(gè)第二寫入操作期間具有所述第 二極性時(shí)，所述寫入脈沖信號(hào)的所述偏壓有效地使電子隧穿。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括，響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)流信號(hào)，在所述第一時(shí) 間段期間磁化寫入尖端以在第一方向上產(chǎn)生所述隧穿電子，以及在從第一電流方向到與所 述第二時(shí)間段相反的第二方向的所述寫入線圈內(nèi)的電流方向上，在所述第一時(shí)間段期間在 所述第一方向上磁化所述寫入尖端。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括以接近所述磁盤的某一距離定位寫入尖 端，其中所述寫入脈沖信號(hào)有效地產(chǎn)生所述隧穿電子。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述寫入脈沖信號(hào)包括可操作以產(chǎn)生從所述寫 入尖端隧穿到所述磁盤中的遂穿電子的多個(gè)寫入時(shí)間段，并且所述數(shù)據(jù)流信號(hào)可操作以產(chǎn) 生在第一組數(shù)據(jù)流時(shí)間段期間具有第一自旋極性的第一電子，以及在所述第一數(shù)據(jù)流時(shí)間 段以及所述第二數(shù)據(jù)流時(shí)間段期間在具有第二自旋極性的所述寫入尖端處產(chǎn)生第二電子。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括使所述多個(gè)寫入時(shí)間段與所述第一組數(shù) 據(jù)流時(shí)間段以及所述第二組數(shù)據(jù)流時(shí)間段同步。
【文檔編號(hào)】G01Q60/04GK104094349SQ201280068868
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
【發(fā)明者】法蘭克·辛克萊, 艾立克斯恩德·C·剛特司, 拉杰許·都蕾 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司