專利名稱：用于高各向異性介質的寫入磁頭的制作方法
相關申請參照本申請要求2001年7月24日提交的美國臨時專利申請No.60/307774的權利。
背景技術：
本發(fā)明涉及磁性裝置，尤其涉及用于磁盤驅動器中的寫入磁頭。
與磁性存儲介質一起使用的記錄磁頭通常包括寫入器和讀取器，它們分別記錄和檢測在磁頭下旋轉的磁盤內的磁性區(qū)域。常規(guī)記錄磁頭中的寫入器可以包括繞鐵磁軛一圈或多圈的線圈。寫入器通過使電路流過線圈進行操作，這產生沿磁場方向對準磁軛磁化強度的磁場。對于縱向的寫入器，磁場主要在極端之間延伸，也部分進入介質內。對于垂直的寫入器，通常在存儲介質中使用軟底層，從而寫入磁場在極端和軟底層之間延伸。當寫入磁場超過介質的矯頑磁力和去磁場時，形成其磁化，沿寫入磁場方向。這些區(qū)域形成由讀取磁頭檢測的數(shù)字數(shù)據(jù)位。
嘗試用磁性記錄實現(xiàn)1Tbit/in2的面密度是重要的物理挑戰(zhàn)。首先將是寫入過程，其中在介質中創(chuàng)建磁性區(qū)域，或位。以這些密度，對寫入過程的兩個主要障礙是介質中使用具有大磁各向異性的材料和缺少具有Bs＞2.4T的軟鐵磁材料。第一個障礙是必要的以確保介質的熱穩(wěn)定性。必須降低細粒(grain)的平均體積，以便保持同一介質的信噪比，它概略地由位單元內的細粒數(shù)設定。但是，為了避免超順磁性，必須相當?shù)卦黾哟鸥飨虍愋裕瑥亩毩Ｔ陂L年的時間標度上是鐵磁性的和穩(wěn)定的。最終結果(net result)是為了定向細粒并在介質內記錄位，將需要很大的磁場。由于寫入場與記錄磁頭中的極端材料的飽和磁矩密切相關，所以將需要很高磁矩的材料來切介質磁性的方向。研究人員已使用Bs～2-2.4T的材料進行100Gbit/in2記錄時，且1Tbit/in2時用于常規(guī)記錄的飽和磁矩要求很可能超過任何已知的材料。
在數(shù)據(jù)存儲產業(yè)中這些挑戰(zhàn)是公知的并已提出了常規(guī)磁性記錄的比較方案，諸如熱輔助寫入。但是仍未確定用于1Tbit/in2的最好的寫入器技術。例如，研究人員還研究不依賴熱輔助工藝而切換薄膜介質磁性的方法。這些方法和常規(guī)記錄的區(qū)別在于和介質磁性有關的磁場的對準有0°或180°的不同。最終目的是使用小于各向異性場，Hk的磁場來切換介質磁場。
需要一種磁性寫入磁頭，它能克服現(xiàn)有寫入磁頭的限制，從而實現(xiàn)磁性記錄介質中面數(shù)據(jù)密度的增加。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種將信息位寫入磁性存儲介質的寫入磁頭。該寫入磁頭包括第一寫入極，用于在第一方向上產生第一磁場；和第二寫入極，用于產生第二磁場，從而由第一和第二寫入極組合的磁場或者充分地沿第一方向或者在基本與第一方向正交的第二方向上。第二寫入極包括自由層，具有由自旋轉移扭矩(spintransfer torque)控制的磁化強度；和位于自由層和第一寫入極之間的第一墊片(spacer)。寫入磁頭還可以包括固定(pinned)層和位于固定層和自由層之間的第二墊片。
本發(fā)明還提供了一種磁盤驅動器，它包括用于旋轉磁性存儲媒介的裝置，和用于將寫入磁頭置于鄰近磁性存儲媒介的表面的裝置，其中寫入磁頭包括第一寫入極，用于在第一方向上產生第一磁場；和第二寫入極，用于產生第二磁場，從而由第一和第二寫入極組合的磁場或者基本沿第一方向或者在與第一方向正交的第二方向上。第二寫入極包括具有由自旋轉移扭矩控制的磁化強度的自由層和位于自由層和第一寫入極之間的第一墊片。寫入磁頭還可以包括固定層和第二墊片，位于固定層和自由層之間。
本發(fā)明還提供了寫入磁性存儲介質的方法，該方法包括使用第一寫入極和第二寫入極來產生第一方向上的第一磁場以便創(chuàng)建磁性存儲介質中磁性區(qū)域的磁化強度方向的第一變化，移動第一磁場，和使用第一寫入極和第二寫入極來產生位于基本正交于第一方向的第二方向上的第二磁場以便切換磁性存儲介質中磁性區(qū)域的磁化強度的方向，其中第一和第二寫入極中的一個包括具有由自旋轉移控制的磁化強度的自由層。
可以將第一磁場定向于下磁道方向(down track direction)或交叉磁道方向(cross track direction)。雖然每個第一和第二磁場都不能任意的小，但它們可以具有小于磁性存儲介質的磁各向異性的量。
可以通過將電路脈沖施加到第一和第二寫入極來產生磁場從而產生第一和第二磁場脈沖。可以以小于磁性存儲介質的馳豫時間的時間段在時間上隔開第一和第二磁場脈沖。可供選擇地，可以將一組電流脈沖施加到第一或第二寫入極，其中將電路脈沖定時來抑制對應寫入極中的旋轉進動。
附圖概述

圖1是使用根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭的磁盤驅動器的示意圖2、3、4和5是部分磁性存儲介質的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭的側視圖；圖7和8是根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭的所選元件示意圖；圖9是示出可以由根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭產生的磁場的圖表；圖10和11是根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭的操作的開關圖；圖12是可以由本發(fā)明的寫入磁頭產生的計算的磁場的圖表；圖13是寫入磁頭和有關控制器的框圖；以及圖14是根據(jù)本發(fā)明構造的另一個寫入磁頭的側視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明包括用于和磁性記錄介質一起使用的磁性寫入磁頭；包括該寫入磁頭的磁盤驅動器；和用于使用該寫入磁頭來將數(shù)據(jù)位記錄到磁性存儲介質中的方法。圖1是使用根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭的磁盤驅動器10的示意圖。磁盤驅動器包括外殼12(移去上部分且在圖中可以看到的下部分)，它被調整尺寸和被配置來包含磁盤驅動器的各種部件。磁盤驅動器包括主軸馬達14，用于旋轉外殼內的至少一個磁性存儲介質16，在這種情況中是磁盤。外殼12內包含至少一個臂18，其中每個臂18具有記錄和/或讀取磁頭或滑動器22的第一端20和由軸承26樞軸地安裝在軸上的第二端24。致動器馬達28位于臂的第二端24處，用于在軸上轉動臂18來將磁頭22置于磁盤16的所需部分上。致動器馬達28由控制器調節(jié)，其中所述控制器未在圖中示出且這種控制器是本領域內公知的。
本發(fā)明的寫入磁頭使用兩個磁場脈沖來切換存儲介質內磁性區(qū)域的磁化強度的方向。圖2-5概念性地示出該過程。圖2-5是磁性存儲介質硬層的部分30的示意圖。圖2示出介質的初始狀態(tài)，其中磁化強度指向上方，如箭頭32-44所示的。圖3示出當在介質的平面內施加正交于磁化強度的定位磁場46時的磁化強度。磁場46的幅度小于各向異性磁場Hk，且自旋(spin)旋轉到垂直和面內方向之間的某一中間角度。圖4示出在應用沿反向平行于初始自旋方向對準的第二定位磁場之前，當快速移去面內磁場從而自旋不能馳豫回它們的初始狀態(tài)時的磁化強度。第二磁場垂直于介質的平面并由箭頭48、50和52示出。這使得由箭頭36、38和40表示的磁化強度沿箭頭54、56和58表示的方向旋轉。圖5示出移去垂直磁場之后的自旋結構。已將形成數(shù)據(jù)位的存儲介質的一部分60中的磁化強度的方向顛倒。在該實例中，鄰近部分62和64的區(qū)域的磁化強度方向保持不變。圖4所示的垂直磁場能夠完成驅動磁化強度克服能障并相對初始狀態(tài)將磁化強度切換180°。
圖6是包括兩個磁性寫入器68和70的寫入磁頭66的剖視圖。寫入器68包括第一電極72，也稱作寫入電極(WP)，和導線74，或線圈，用于承載電流Iyoke來驅動寫入電極。第二寫入器70包括自由旋轉的層76，也稱作自由層，它由來自在自由層76和磁性層78之間流動的自旋極化電子電流(ICPP)的磁矩驅動，所述磁性層78具有固定的磁化強度，也稱作固定層78。非磁性墊片80保護傳導電子的自旋極化不在自由旋轉層和固定層之間擴散。另一個非磁性的墊片82用作電子自旋去極化器，從而電極72和自由旋轉層76之間沒有自旋轉移扭矩。導體84和86用作將電流從諸如低頻驅動器前置放大器的外部電流源傳導到由自由旋轉層76、固定層78和墊片80形成的寫入器70的裝置。電流在垂直于這些部件的平面的方向上流動。電流還流經(jīng)部分寫入電極72。絕緣體88和90置于如圖所示的寫入磁頭的各種部分之間。由于寫入電極72和導體84是電連接的，所以絕緣體88是可選的。
操作中，寫入磁頭將在磁性存儲介質94的表面92上飛行，它們由空氣軸承96分開。磁性存儲介質包括磁性的硬層98和磁性的軟層100。寫入電極的邊緣置于鄰近寫入磁頭的空氣軸承表面102。
圖6的寫入磁頭可以施加兩個主要的正交磁場，起源于兩個可獨立控制的鐵磁電極。圖6是寫入磁頭包括常規(guī)寫入器68和寫入器70的組合，其中寫入器70由來自垂直于平面的電流(CPP)自旋極化的電子電流的磁矩驅動。常規(guī)寫入電極72包括金屬鐵磁材料且其磁化強度由來自電流承載導線的磁場驅動，如之前的寫入器所作的一樣。應注意，雖然圖6中寫入電極示作單個層，但如必要也可以如圖13所示地采用完整的磁軛結構來改善效率。完整的磁軛可以包括連接到寫入電極72的返回電極(return pole)。該返回電極的空氣軸承表面處的橫截面積大于空氣軸承表面處寫入電極的橫截面積。
為了使兩個電極的寫入器結構緊湊，可以將寫入電極72整合作為CPP自旋轉移寫入器結構中引線(lead)的一部分(即，電流可以流經(jīng)寫入電極72)。第二寫入電極包括結合入磁性和非磁性材料的交替層的支柱(pillar)或堆(stack)中的自由層76。自由層76的磁化強度由自由層76和具有固定磁化強度的層(固定層78)之間流動的傳導電子(ICPP)的自旋旋轉磁矩控制。
如圖6所示，寫入磁頭包括固定層78，它具有在第一方向上對準的固定磁化強度。磁化強度的方向垂直于磁性介質的表面，并或者朝向磁性介質或者遠離磁性介質。通過施加足夠量和合適方向的通過堆的CPP電流可以使自由層76相對于固定層78平行或反平行對準。原則上，固定層78可以是任何固定和/或硬層的組合。例如，固定層可以由通過交換耦合到反鐵磁體或硬磁性材料而固定的合成反鐵磁體(SAF)構成。合成反鐵磁體包括由諸如Ru的非磁性的過渡金屬墊片分開的兩個鐵磁層構成，所述墊片引起很強的反鐵磁耦合。通過使一個層交換耦合到反鐵磁體或硬磁性材料，反鐵磁體的每個鐵磁層的磁化強度沿一特定的方向固定?？梢允褂玫墓潭▽拥钠渌鼘嵗▎蝹€鐵磁層交換耦合到反鐵磁體；諸如CoPt的單層硬磁性材料；或單個鐵磁層交換耦合到硬磁體。
非磁性層可以由銅、銀或金構成。一種用于偏置固定層的磁化強度的裝置，例如可以是永磁體或反鐵磁體，可以置于鄰近固定層。設置寫入磁頭從而自由層的第一邊緣鄰近磁性記錄介質的表面。自由層的磁化強度在自由層的第一邊緣處產生磁通量，它被用來將信息位記錄到磁性記錄介質中。
圖6示出寫入磁頭和磁性記錄介質之間的空氣軸承。但是，本發(fā)明還包括用于沒有空氣軸承的接觸記錄的實施例。因此，在以上的描述中，單詞“鄰近”既包括“靠近”也包括“接觸”。
圖7和8是根據(jù)本發(fā)明構造的磁性寫入磁頭的所選元件的示意圖。圖7中，寫入電極72、自由層76和固定層78中的磁化強度的方向分別由箭頭104、106和108表示，并提供了當施加面內磁場，即磁性介質的平面內邊緣場時電極結構的示意圖。寫入電極72寫入電流和CPP電流是這樣的從而兩個電極彼此反平行對準并垂直于介質。兩個電極之間的邊緣場110提供面內磁場。在圖8中，寫入電極72、自由層76和固定層78中磁化強度的方向分別由箭頭112、114和116表示。圖8是在施加垂直磁場118時電極中磁場方向的示意圖。在這種情況中，寫入電極電流(Iyoke)和圖7中的一樣但倒轉CPP電流以便產生寫入電極72和自由層76磁化強度的平行對準。
圖9是對如圖6所示的寫入磁頭的寫入磁場H計算的圖表。磁頭的空氣軸承表面和存儲介質的軟底層之間的間距假定是16nm。假定兩個電極是均勻磁化的并具有Bs＝2.2T的磁飽和。使用疊加并假定軟底層內正確的圖像，在磁道的中心和寫入器下10nm處計算磁場。固定層78的磁化強度垂直于磁盤/介質。圖9示出兩個電極結構的磁場計算，其中線120示出面內磁場而線122示出垂直磁場。為了清楚，面內磁場是針對當電極彼此反平行對準時的情況示出的，而垂直磁場是針對當電極彼此平行對準時的情況示出的。
圖10和11是每個寫入電極的垂直磁化強度比時間的示意曲線。圖10示出用于記錄一串0的磁化強度序列。為了產生面內磁場，最初將寫入器的電極反平行磁化。由線124表示的設置最終介質磁化強度方向的電極被固定，同時兩次將由線126表示的另一個電極切換180°，只要相對于介質的磁頭的位移等于1位的長度。圖11示出用于記錄一串1的磁化強度序列。在該序列中，當記錄新的位或轉變時，由線128示出的產生“設定”磁場的電極被切換180°。在切換由線130示出的另一個電極之前引入稍許的延遲，從而可以施加面內磁場。圖10和11中的時間間隔Δt表示由介質的線速度分開的位長。
圖12示出在沿如圖6所定義的正y方向均勻磁化時來自寫入電極72的雜散場132。該場被描繪成沿x方向離開寫入電極72的中心的位置的函數(shù)，其中寫入電極72的邊緣位于x＝10nm。在離ABS之后12.5nm的位置(y＝12.5nm)處估計磁場。應注意，從該計算中省去了來自電流承載導線的磁場。箭頭133表示自由層76的位置和厚度。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的寫入磁頭和控制器的框圖。寫入磁頭134類似圖6中所示的，除了寫入磁頭136是還包括返回電極140的磁軛138的一部分?？刂破?42將電流脈沖提供到接觸件來提供ICPP并提供到線圈144，其中如圖10和11所示般控制脈沖的定時。
寫入磁頭的一個修改是除去固定層78，并使墊片80保護寫入電極和自由層76之間的電子自旋極化，并隨后在用自旋轉移扭矩控制自由層76的磁化強度時用寫入電極作為參考層。圖14是根據(jù)該修改構造的可供選擇的持續(xù)寫入磁頭的側視圖。圖14的寫入磁頭150類似于圖6的，但沒有固定層78和墊片82。該修改將需要寫入電極具有電極端中清晰的、均勻的磁化強度狀態(tài)(即將寫入電極磁化)，以便具有可預知的自由層76響應。
本發(fā)明提供了一種寫入器，它能提供～1Tbit/in2的磁性記錄。為了估計寫入磁場的性能，將涉及所建議的1Tbit/in2記錄系統(tǒng)中的某些參數(shù)，參見Wood，R.，″The Feasibility of Magnetic Recording at 1 Terabit per Square Inch″，IEEETransaction on Magnetic，Vol.360，No.1，2000年1月。以下的表I概括了用于實例設計的有關參數(shù)。我們將省去和寫入電極的電流效率優(yōu)化有關的參數(shù)，而是僅關注影響寫入磁場的參數(shù)。此外，我們將忽略來自電流的雜散場并假定固定層78的矩和厚度是這樣的從而來自該層的雜散場很小。
表I

在圖7和8中示出電極結構的圖示。在設備的靜止狀態(tài)中，寫入電流Iyoke和ICPP兩者名義上是0而磁化強度My(如圖6中定義的Y方向上)的垂直分量遠遠小于對應電極的飽和磁化強度Ms。設計寫入電極使其具有My＝0的剩余狀態(tài)。將自由層76偏置，從而其磁化強度平行于磁盤，這可以通過各種方法完成。通過施加合適的Iyoke和ICPP來產生初始面內磁場，從而彼此反平行地對準電極。寫入電極72將沿來自電流承載導線的磁場對準，而自由層76將根據(jù)ICCP的方向平行或反平行地對準固定層78。通過第一磁場將介質磁化強度向磁盤的平面驅動。例如如圖7和8所示，隨后通過顛倒ICCP來快速將自由層76切換180°以便產生電極的平行對準。相對于介質磁化強度動態(tài)，自由層76顛倒的時間標度很快，從而介質不馳豫回其初始狀態(tài)。應注意，從圖9省去垂直(或面內)磁場用于反平行(或平行)電極對準。這些磁場可以方便地是＞1000Oe。但是，在遠離記錄位的位置處產生最大幅度。通常，最好設計磁頭，從而可以重寫由這些雜散場產生的介質磁化強度的失真，類似用常規(guī)寫入器所作的。
圖7和8示出常規(guī)寫入電極72、自由層76和固定層78中磁化強度的方向。固定層磁化強度是固定的并或者朝向空氣軸承表面或者朝離開空氣軸承表面的方向。在裝置的靜態(tài)中，自由層磁化強度和空氣軸承表面(ABS)平行。除了雜散場，名義上沒有場分量通過自由層指向介質。存在幾個選擇，諸如形狀各向異性，場感應的單軸各向異性，和來自永磁體的靜磁場以將自由層偏置到相對于固定層90°的方向上。應注意，通常，可能需要施加非0的靜態(tài)偏置電流Iq，以便保持自由層平行于ABS。圖7示出第一閾值電流(Ic-)下裝置的偏置。自由層磁化強度朝向介質。圖8示出第二閾值電流(Ic+)上裝置的偏置。自由層磁化強度朝向離開介質的方向。
用于記錄單個位的寫入過程包括一串反平行和平行電極對準。圖10和11示出了在記錄一系列位時電極磁化強度的適當切換。與常規(guī)的寫入器不同，當記錄一系列0時常規(guī)寫入器中簡單地產生恒定的磁場(即無轉變)，每次磁頭相對于介質移動一個位的長度時，兩個電極的寫入器必須產生面內場。類似于常規(guī)寫入器，在預計最終介質磁化方向的方向上磁化一個電極，稱作“設定”電極且如圖10和11中的線124和128所示。但是，另一個電極，稱作“切換”電極且如圖10和11中的線126和130所示，必須被短暫地為每個位切換成反平行對準。當記錄一系列一時(即一系列轉變)，交替地切換電極磁化強度。在記錄了第一個位之后，設定電極被切換180°而切換電極在短暫的時間內固定，產生反平行對準。隨后，將切換電極切換成平行對準以完成該位的記錄。
可以優(yōu)化以上描述的寫入磁頭的各種方面的性能。例如，可以針對電場的幅度和定位而優(yōu)化下磁道方向上電極的尺度。對于給定的磁道寬度，電極下的垂直場分量將隨著沿下磁道方向的磁道尺度的增加而增加。但是，從動電極的下磁道方向不能明顯大于位長度。否則，寫入磁頭將可能破壞已記錄于密集的一系列通量變化(即一系列1)的位的磁化強度。如果寫入器的物理寬度大于實例設計中所建議的寬度，則寫入場的幅度可以增加。計算示出介質中磁場幅度降低到離開磁道中心(即，直接在寫入器的邊緣以下)的其最大值25nm的一半。
以上實例應用沿下磁道方向的面內場以便產生均勻的寫入場穿過磁道。但是，可以修改寫入磁頭從而可以在交叉磁道方向上施加面內場。
此外，切換電極的快速上升時間電流脈沖可以比單個脈沖更復雜。例如，可以施加具有正確定時的一串脈沖，以便在比自旋進動的時間段更短的時間內抑制自由層76的自旋進動并將自由層76設定成平衡結構。
此外，原則上，可以交換相對于寫入器的引導和從動邊緣的電極排序。僅有的約束是必須優(yōu)化設計，從而雜散場不破壞已記錄的位(下磁道或交叉磁道)。
來自電流承載導線的場，Iyoke，可以用來調整通過自由層76的凈磁場。例如，在設置自由層76的區(qū)域中，它可以直接排列幾何結構，其中來自Iyoke的場對立來自寫入電極72的邊緣場。這可以降低自由層76中的凈磁場并降低切換自由層76所必需的自旋轉移扭矩。
原則上，這個概念可以擴展到具有超過兩個寫入電極的寫入器。但是，由于為使寫入器緊湊的約束，如果由分開的電流承載導線驅動，常規(guī)寫入器電極之間最有可能是顯著的相互作用。此外，另外的自旋轉移電極最可能由同一電流驅動以保持寫入器的緊湊尺寸。因此，可以為給定的CPP寫入電流固定相對于彼此的相對定向。
本發(fā)明還包含一種寫到磁性存儲介質中的方法，其中首先施加面內磁場基本正交于介質的垂直磁化強度，它選擇磁化強度遠離其初始狀態(tài)。除去這個第一磁場并在相比介質馳豫時間更快的時間段內施加第二個垂直場。面內場的下降時間和垂直場的上升時間使得磁化強度不能進動、或馳豫回其原始狀態(tài)。隨后，第二個垂直場可以倒轉介質磁化強度，盡管它小于介質矯頑力。通常，面內和垂直場之間的定時或延遲還將影響磁化強度的倒轉過程。
本發(fā)明提供了寫入磁頭，用于高面密度磁性記錄，它被設計成使用小于Hk的磁場切換高各向異性的介質。寫入器包括兩個可獨立控制的鐵磁電極，它們可以從磁頭下同一物理位置施加幾個1000Oe的面內或垂直場。一個電極由來自電流承載導線的磁場驅動，另一個由CPP電流的自旋轉移扭矩驅動。通過施加合適的一串快速寫入脈沖，寫入器可以快速地在主要面內場和垂直場之間切換。結果，即使垂直場小于通常180°倒轉場，在沒有面內場的情況下，介質將切換定向。這允許在介質各向異性中進一步增加，同時保持在Bs＝2.4T的材料強加的約束內，可能將磁性記錄擴展到1Tbit/in2。
寫入磁頭必須能夠從磁頭上的同一空間位置施加兩個主要的正交場分量。這是從介質磁化強度動力學和相對于磁頭的介質的線性速度得出的。高各向異性的介質的進動頻率可能接近10到20GHz，且正交場之間的切換將必須在最多100ps中產生。相反，存儲介質的線性速度將是～40m/s(對于15k rpm和1英寸半徑)。這種表達的另一種方式是每100ps磁頭將相對介質移動4nm。不是面內和垂直場空間重疊的磁頭設計將沒有將磁場施加到同一空間區(qū)域的那一種那么有效。
雖然可能使用小于Hk的磁場切換磁性細粒，但仍舊必須產生很大的磁場(1000Oe)，以便切換高各向異性的介質。此外，必須定位這些磁場以便使對鄰近磁道內的數(shù)據(jù)產生最小的影響。
寫入器通常使用來自鐵磁材料的邊緣場產生寫入場。但是，使用鐵磁材料來在同一空間位置處產生兩個正交場分量將需要兩個可獨立控制的電極端。
兩個場的方向是很重要的。有兩種可能的幾何結構來施加這些正交場。第二個場和最終的介質磁化強度對準(對垂直記錄來說是垂直的)。但是，可以交叉磁道或下磁道地施加第一個場。在下磁道方向上施加場的優(yōu)點在于下磁道場限制沒有交叉磁道限制那么嚴格，因為它將被重寫。
應將良好的熱導體用于電導線以便使磁頭和良好熱沉(heat-sunk)大熱存儲器(reservoir)之間的導熱性最大。必須將由于加熱造成的自由層磁矩的任何減少降到最小。較佳地，使來自固定層的雜散場最小。
本發(fā)明使用CPP自旋極化電子電流感應的磁矩以旋轉寫入器磁化強度。本發(fā)明特別地適用于垂直記錄，其中磁性存儲介質包括磁盤，具有硬磁材料的上層和鄰近硬磁材料的上層的軟磁材料的下層。
本發(fā)明還包括磁盤驅動器，它包括寫入磁頭。如圖1所示，臂18可以用作定位鄰近磁性記錄媒介的寫入磁頭的裝置。
雖然根據(jù)被認為是其較佳實施例的方面描述了本發(fā)明，但對于本技術領域內熟練的技術人員來說明顯的是，可以對所揭示的實施例進行各種修改而不背離如所附權利要求書中所闡述的發(fā)明范圍。
權利要求
1.一種寫入磁頭(66)，用于將信息位寫到磁性存儲介質(94)上，其特征在于，所述寫入磁頭包括第一寫入電極(72)，用于在第一方向上產生第一磁場；和第二寫入電極(70)，用于產生第二磁場，從而來自第一和第二寫入電極的組合磁場或者大體沿第一方向或者在與所述第一方向基本垂直的第二方向上，其中第二寫入電極包括自由層(76)，其磁化強度由自旋轉移扭矩控制，和第一墊片(82)，置于所述自由層和所述第一寫入電極之間。
2.如權利要求1所述的寫入磁頭，其特征在于，還包括固定層(78)；和第二墊片(80)，置于所述固定層和所述自由層之間。
3.如權利要求2所述的寫入磁頭，其特征在于，還包括用于控制第一寫入電極中的磁化強度方向的裝置(74)，；以及用于使電流通過固定層、第二墊片和自由層來控制自由層的磁化強度方向的裝置(84，86)。
4.如權利要求2所述的寫入磁頭，其特征在于，所述固定層包括下述之一合成反鐵磁體，其一層交換耦合到反鐵磁體或硬磁體，耦合到反鐵磁體的鐵磁交換層，硬磁材料的層，或交換耦合到硬磁體的鐵磁層。
5.如權利要求2所述的寫入磁頭，其特征在于，所述第二墊片包括下述之一銅、銀或金。
6.如權利要求1所述的寫入磁頭，其特征在于，所述第一電極包括磁軛(138)，包括所述第一寫入電極和一返回電極；以及第一線圈(44)，用于引發(fā)所述磁軛內的磁場。
7.一種磁盤驅動器，其特征在于，包括用于旋轉磁性存儲介質(16)的裝置(14)；和用于將寫入磁頭置于鄰近所述磁性存儲介質的表面的裝置(18)；其中，所述寫入磁頭包括第一寫入電極(72)，用于在第一方向上產生第一磁場；和第二寫入電極(70)，用于產生第二磁場，從而使來自第一和第二寫入電極的組合的磁場基本沿第一方向或在與第一方向基本垂直的第二方向上；以及其中，所述第二寫入電極包括自由層(76)，具有由自旋轉移扭矩控制的磁化強度；和第二墊片(82)，位于所述自由層和第一寫入電極之間。
8.如權利要求7所述的磁盤驅動器，其特征在于，所述寫入磁頭還包括固定層(78)；和第二墊片(80)，位于所述固定層和自由層之間。
9.如權利要求8所述的磁盤驅動器，其特征在于，還包括用于控制第一寫入電極中的磁化強度方向的裝置(74)；和用于使電流通過固定層、第二墊片和自由層來控制自由層的磁化強度方向的裝置(84，86)。
10.如權利要求8所述的磁盤驅動器，其特征在于，所述固定層包括下述之一合成反鐵磁體，其一層交換耦合到反鐵磁體或硬磁體，耦合到反鐵磁體的鐵磁交換層，硬磁性材料層，或交換耦合到硬磁體的鐵磁層。
11.如權利要求8所述的磁盤驅動器，其特征在于，第二墊片包括下述之一銅、銀或金。
12.如權利要求7所述的磁盤驅動器，其特征在于，第一電極包括磁軛(138)，包括所述第一寫入電極和一返回電極；和第一線圈(144)，用于引發(fā)所述磁軛內的磁場。
13.一種寫入磁性存儲介質的方法，其特征在于，所述方法包括使用第一寫入電極(72)和第二寫入電極(70)在第一方向上產生第一磁場以產生磁性存儲介質內磁性區(qū)域的磁化強度方向的第一變化；除去所述第一磁場；以及使用第一寫入電極和第二寫入電極產生基本正交于所述第一方向的第二磁場以切換磁性存儲介質內磁性區(qū)域的磁化強度方向，其中，第一和第二寫入電極中的一個包括具有由自旋轉移扭矩控制的磁化強度的自由層。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，第一磁場朝向下磁道方向或交叉磁道方向。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，第一和第二磁場各自具有小于磁性存儲介質的磁各向異性的量。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述磁性存儲介質包括磁盤(94)，具有硬磁性材料的上層和鄰近硬磁性材料上層的軟磁性材料的下層。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于，使用第一寫入電極和第二寫入電極產生第一方向上的第一磁場的步驟包括施加第一電流脈沖到第一寫入電極和施加第二電流脈沖到第二寫入電極，其中，使用第一寫入電極和第二寫入電極產生第二磁場的步驟包括施加第三電流脈沖到第二寫入電極。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，第二和第三電流脈沖之間的過渡在時間上隔開小于磁性存儲介質的馳豫時間。
19.如權利要求13所述的方法，其特征在于，使用第一寫入電極產生第一方向上的第一磁場的步驟包括施加一串電流脈沖到第一寫入電極；其中電流脈沖被定時以抑制第一寫入電極中自由層的自旋進動。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述產生第二磁場的步驟包括施加另外的電流脈沖到第二寫入電極。
全文摘要
用于將信息位寫到磁性存儲介質(94)上的寫入磁頭(66)包括第一寫入電極(72)，用于在第一方向上的第一磁場，和第二寫入電極(70)，用于產生第二磁場從而來自兩個電極的組合磁場基本沿第一方向或在正交于第一方向的第二方向上。第二寫入電極包括自由層(76)，具有由自旋轉移扭矩控制的磁化強度，和第一墊片(82)，位于自由層和第二寫入電極之間。寫入磁頭還可以包括固定層(78)和第二墊片(80)位于固定層和自由層之間。還包括磁盤驅動器(10)，它包括寫入磁頭和使用寫入磁頭寫到磁性存儲介質上的方法。
文檔編號G11B5/127GK1535463SQ02814811
公開日2004年10月6日 申請日期2002年5月21日 優(yōu)先權日2001年7月24日
發(fā)明者M·W·科文格頓, T·M·科勞弗德, G·J·帕克爾, P·A·范德海也頓, M W 科文格頓, 帕克爾, 科勞弗德, 范德海也頓 申請人:西加特技術有限責任公司