專利名稱：帶有熱電冷卻裝置的磁性寫(xiě)入頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，尤其涉及在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中使用的磁性記錄頭。
背景技術(shù)：
在磁記錄中，記錄頭被定位在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的附近，并且磁頭中的寫(xiě)入極產(chǎn) 生影響存儲(chǔ)介質(zhì)中磁疇的磁化方向的磁場(chǎng)。為了增大磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的 數(shù)據(jù)的面密度，期望增大由記錄頭產(chǎn)生的寫(xiě)入場(chǎng)。極片材料和記錄頭與介質(zhì)之間的 距離決定了由介質(zhì)感知的寫(xiě)入場(chǎng)的大小。頭更靠近介質(zhì)浮飛似乎是增大寫(xiě)入場(chǎng)的當(dāng) 然選擇，但是這卻留下了極大的工程難題。因此，現(xiàn)在僅有的增大寫(xiě)入場(chǎng)的其它選
擇是將極尖材料變成擁有較大磁矩(4ttM)的鐵磁性材料。當(dāng)前，室溫下的最大磁 矩是FexCo"合金的2.45T，其中x = 0.5至0.6。這些FeCo合金是在50多年以前 發(fā)現(xiàn)的，并且仍然是磁矩最高的已知材料。
為了增大寫(xiě)入場(chǎng)，期望增大寫(xiě)入極材料的磁矩。需要能夠產(chǎn)生比由現(xiàn)有頭設(shè) 計(jì)所產(chǎn)生的寫(xiě)入場(chǎng)更大的寫(xiě)入場(chǎng)的記錄頭。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明提供一種設(shè)備，它包括磁性寫(xiě)入極和靠近磁性寫(xiě)入極 定位的冷卻裝置。磁性寫(xiě)入極可包括稀土金屬或含有稀土金屬的合金。
磁性寫(xiě)入極可包括具有第一磁飽和的第一極片和具有第二磁飽和的第二極 片，其中第一磁飽和大于第二磁飽和。
第一極片可具有比第二極片更低的居里溫度。冷卻裝置可靠近第一極片定位， 并且可包括例如珀耳帖(Peltier)裝置或熱離子裝置。
在另一方面中，本發(fā)明提供一種方法，它包括使用冷卻裝置來(lái)增大磁性記 錄頭中磁性寫(xiě)入極的一部分的磁矩。


圖1是若干材料的磁飽和相對(duì)于溫度的曲線圖。
圖2和3是珀耳帖冷卻裝置的示意圖。
圖4是包括冷卻裝置的磁性記錄頭的橫截面圖。
圖5是包括冷卻裝置的磁性記錄頭的部分的等軸測(cè)角圖。
圖6是包括冷卻裝置的磁性記錄頭的橫截面圖。
圖7是可包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的記錄頭的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器形式的磁性存儲(chǔ)設(shè)備的圖示。
具體實(shí)施例方式
居里溫度是鐵磁體在沒(méi)有外部磁場(chǎng)的情況下喪失擁有凈磁化的鐵磁能力的溫 度。記錄頭中的磁性極片在比極片材料的居里溫度低的溫度下工作。圖1是若干材
料的磁飽和相對(duì)于溫度的曲線圖。從圖1可見(jiàn)，諸如釓(Gd)、鈥(Ho)和鏑-銠 合金(DyRh)的材料呈現(xiàn)室溫G0(TK)以下的居里溫度。
在第一方面中，本發(fā)明提供一種磁性記錄頭，它包括用于將高磁矩的寫(xiě)入極 片冷卻到其居里溫度以下以增大寫(xiě)入極中鐵磁材料的有效寫(xiě)入場(chǎng)(4兀M)值的冷卻 裝置。該冷卻裝置可以是可用于將寫(xiě)入極片冷卻到環(huán)境溫度或室溫以下的熱電冷卻 裝置，諸如珀耳帖裝置。
將極片材料冷卻到室溫以下允許使用通常磁矩比常規(guī)FeCo合金大但是擁有 低于室溫的居里溫度的稀土金屬和合金。為了增大寫(xiě)入場(chǎng)幅度，本發(fā)明的記錄頭將 高磁矩寫(xiě)入極片冷卻到低于極材料的居里溫度的溫度，從而自然增大了 4;tM值。 通過(guò)增大寫(xiě)入極中4兀M幅度，則無(wú)需改變介質(zhì)設(shè)計(jì)、保護(hù)性外涂層和潤(rùn)滑劑。
將極片材料冷卻到室溫以下的優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)使用圖1所示的磁化相對(duì)于溫度的 曲線圖來(lái)描述。對(duì)于各種不同鐵磁金屬和合金，以特斯拉(T)為單位的磁化被繪 制為溫度的函數(shù)。在圖1所考慮的材料中，F(xiàn)eCo合金具有最高的居里溫度 (TC>1300K)以及室溫下(300K)最大的磁矩為2.45T。在室溫以下，F(xiàn)eCo的磁 化因很高的居里溫度而存在可忽略的變化，因?yàn)轱柡痛呕?00K以下開(kāi)始穩(wěn)定在 幾乎恒定的數(shù)值上。對(duì)于Te = 620K的純Ni可以得出相同的結(jié)論。顯然，當(dāng)諸如 Fe、 Co、 Ni及其合金的常規(guī)鐵磁體被冷卻到300K以下的溫度時(shí)，這些材料的磁 化并不顯著增大。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的記錄頭可包括諸如稀土合金的其它鐵磁材料。從圖1可見(jiàn)， Gd和Ho以及合金DyRh的磁化具有大大高于2.45T的磁矩。然而，較大的磁化僅
在比室溫低很多的溫度下才能實(shí)現(xiàn)。因此，由稀土合金組成并保持在室溫以下的溫
度下的記錄頭寫(xiě)入極片可產(chǎn)生比常規(guī)FeCo合金大1.5倍的寫(xiě)入場(chǎng)。
圖2是珀耳帖冷卻裝置10的示意圖。珀耳帖冷卻裝置10包括通過(guò)導(dǎo)電體20 在第一端16和18電連接的第一和第二材料12和14 (在圖2中標(biāo)為A和B)。在 材料12和14的第二端26和28設(shè)置電觸頭22和24。將電壓源30連接到觸頭22 和24以向該裝置提供電流。
當(dāng)使電流通過(guò)在兩個(gè)接合處彼此連接的兩種不同材料時(shí)，發(fā)生珀耳帖效應(yīng)。 兩個(gè)材料之間的一個(gè)接合處變熱而另一接合處變冷，該變化量是從裝置一側(cè)到另一 側(cè)的電驅(qū)動(dòng)熱轉(zhuǎn)移的量。該轉(zhuǎn)移可以非常顯著，從而使冷側(cè)比室溫低得多。雖然可 以購(gòu)得，但是珀耳帖單元相當(dāng)大，而且?guī)в须娎|、散熱器和風(fēng)扇。該單元可用于實(shí) 際記錄頭的功能部分可由圖2所示的配置簡(jiǎn)單示出。
材料A和B是具有不同電子密度的不同導(dǎo)電材料。當(dāng)導(dǎo)電體將材料A和B彼 此連接時(shí)，將建立新的自由電子平衡。電勢(shì)遷移跨越連接的每一個(gè)建立電場(chǎng)。當(dāng)隨 后使電流通過(guò)該單元時(shí)，維持新的平衡的傾向使一個(gè)連接處的電子吸收能量，而另 一連接處的電子釋放能量。這導(dǎo)致了該裝置的冷端32和熱端34。
圖3是多級(jí)珀耳帖冷卻裝置50的示意圖。在圖3的示例中，電連接52、 54 和56用于將N型材料58和60與P型材料62和64連接，如圖所示。材料60和 62通過(guò)導(dǎo)體52在第一端66電連接。材料58和62通過(guò)導(dǎo)體54在第二端68電連 接。材料60和64通過(guò)導(dǎo)體56在第二端68電連接。
當(dāng)在連接54和56之間施加電壓時(shí)，如箭頭70所示的電流被注入該裝置中。 從電子匱乏(例如P型材料)的材料向到電子過(guò)剩(例如N型材料)的材料運(yùn)動(dòng) 的電子將在連接體處吸收能量，而從N型向P型運(yùn)動(dòng)的電子將在連接體處釋放能 量。該能量以熱的形式吸收和釋放，從而使第一端66變冷而第二端68變熱。該效 應(yīng)的大小隨通過(guò)該單元的電流量而增大。
珀耳帖裝置的冷側(cè)可被定位成與磁性記錄頭中的高磁矩鐵磁性寫(xiě)入極片緊密 熱接觸。所選鐵磁性極片材料在低溫下具有較大的磁矩并且在室溫下為無(wú)磁性的。 例如，材料可具有小于300K的居里溫度。
通過(guò)該類裝置可達(dá)到的溫度取決于許多因素，諸如環(huán)境溫度、熱負(fù)荷特性、 向該裝置的電流傳送的優(yōu)化以及散熱器的優(yōu)化。為了達(dá)到比高磁矩合金的居里溫度 低得多的溫度，多級(jí)珀耳帖裝置是合乎需要的。然而，在磁性記錄頭中使用的珀耳 帖裝置只需要冷卻例如100nt^的面積或者實(shí)際寫(xiě)入極的尺寸。因此，功耗并不是問(wèn)題，而更重要的是，小的尺寸使該裝置能夠達(dá)到與冷卻10il^量級(jí)的面積的商用 單元相比更低的溫度。
在圖4中示出了記錄頭設(shè)計(jì)的一個(gè)示例。該記錄頭包括珀耳帖裝置形式的冷 卻裝置，該記錄頭在原理上允許在使用常規(guī)磁性介質(zhì)情況下存儲(chǔ)在相鄰存儲(chǔ)介質(zhì)上 的數(shù)據(jù)的面密度增大。該冷卻概念也可延伸到讀取器以改進(jìn)巨磁阻響應(yīng)同時(shí)減小熱 噪聲效應(yīng)。
圖4是磁性記錄頭80的橫截面圖，該磁性記錄頭包括與高磁矩鐵磁性寫(xiě)入極 片84緊密熱接觸的單級(jí)珀耳帖裝置82形式的冷卻裝置。記錄頭包括在本示例中具 有5匝88的線圈86以及若干軟鐵磁性極片84、 90、 92和94。極片90的橫截面 面積大于極片84的橫截面面積。極片84和90形成寫(xiě)入極。極片92是返回極，而 極片94是將寫(xiě)入極磁性耦合到返回極的基架。珀耳帖裝置82包括在第一端100 和102由導(dǎo)電體104電連接的第一和第二材料96和98。電觸頭106和108分別電 連接于材料96和98的第二端110和112。在一示例中，材料96可以是N型導(dǎo)體 而材料98可以是P型導(dǎo)體。N型材料可以是，例如Se摻雜的Bi2Te3;且P型材料 可以是，例如Sb摻雜的Bi2丁e3。
線圈和冷卻裝置可被嵌入諸如氧化鋁的絕緣體114中。可以是氧化鋁的絕緣 層116將返回極與基底118隔開(kāi)。高磁矩鐵磁性寫(xiě)入極片84靠近寫(xiě)入頭的空氣軸 承表面120定位。記錄頭靠近記錄介質(zhì)122定位并通過(guò)空氣軸承124與記錄介質(zhì)隔 開(kāi)。
極片和線圈的組合形成電磁體。珀耳帖裝置被定位在電磁體內(nèi)?？蓪⒌界甓?帖裝置的電連接配置成防止與極片短路。最大寫(xiě)入場(chǎng)(4ttM)將從直接與珀耳帖裝 置的冷側(cè)接觸的高磁矩極片84出現(xiàn)。珀耳帖裝置可通過(guò)濺射沉積制成和/或使用適 當(dāng)?shù)奈g刻步驟和側(cè)壁沉積來(lái)電鍍。
圖4的示例將珀耳帖裝置結(jié)合到諸如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的磁性存儲(chǔ)設(shè)備的磁性記錄 頭中，從而以自然增大有效寫(xiě)入場(chǎng)(4兀M)的方式冷卻電磁體的稱為高磁矩極片的 一部分。極片90、 92和94可由諸如FeCo合金的常規(guī)材料制成。高磁矩極片84 可由與FeCo合金相比在較低溫度下具有顯著更大的4兀M值的稀土金屬和合金制 成。珀耳帖裝置可通過(guò)濺射沉積或電鍍技術(shù)制得。高磁矩極片合金可以是基于 RE-Rh的合金(例如GdRh、 DyRh、 TbRh、 HoRh等)，其中RE是稀土金屬。也 可向以上合金中添加諸如Fe、 Co和Ni的附加過(guò)渡金屬以形成例如FeDyRhCo等。
圖5是另一磁性記錄頭130的部分的示意圖，該磁性記錄頭包括與高磁矩鐵磁性寫(xiě)入極片134緊密熱接觸的單級(jí)珀耳帖裝置132形式的冷卻裝置。記錄頭包括
線圈136和若干軟鐵磁性極片134、 138、 140和142。極片138的橫截面面積大于 極片134的橫截面面積。極片134和138形成寫(xiě)入極。極片140是返回極，且極片 142是將寫(xiě)入極磁性耦合到返回極的基架。珀耳帖裝置132包括在第一端148和150 由導(dǎo)電體152電連接的第一和第二材料144和146。導(dǎo)電體154和156分別電連接 到材料144和146的第二端158和160。在一示例中，材料144可以是N型導(dǎo)體而 材料146可以是P型導(dǎo)體。導(dǎo)體154和156可以充當(dāng)散熱器以從珀耳帖裝置的熱 端移除熱量。
本發(fā)明不限于珀耳帖熱電裝置。例如，也可使用采用熱離子致冷的冷卻裝置。 熱離子致冷是在106V/cm量級(jí)上的電場(chǎng)作用下使用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)向真空發(fā)射電 子的結(jié)果。這產(chǎn)生取決于異質(zhì)結(jié)構(gòu)與接觸金屬之間的肖特基(Schottky)勢(shì)壘的冷 卻流。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)這些裝置可低至IOOK。
圖6示出記錄頭的另一示例。該記錄頭包括熱離子裝置形式的冷卻裝置，該 記錄頭可在使用常規(guī)磁性介質(zhì)的情況下允許面密度增大。
圖6是包括冷卻裝置172的磁性記錄頭170的橫截面圖，該冷卻裝置與高磁 矩鐵磁性寫(xiě)入極片174緊密熱接觸，并且可以是例如熱離子裝置。記錄頭包括線圈 176和若干軟鐵磁性極片174、 178、 180和182。極片178的橫截面面積大于極片 174的橫截面面積。極片174和178形成寫(xiě)入極。極片174可以是例如使4ttMs>4T 的DyFeRhCo合金。極片180是返回極且極片182是將寫(xiě)入極磁性耦合到返回極 的基架。冷卻裝置172在第一端184通過(guò)導(dǎo)電體186和188電連接。線圈和冷卻裝 置可被嵌入諸如氧化鋁的絕緣體190。可以是氧化鋁的絕緣層192將返回極與基底 192隔開(kāi)。高磁矩鐵磁性寫(xiě)入極片84靠近記錄頭的空氣軸承表面196定位。記錄 頭靠近記錄介質(zhì)198定位并通過(guò)空氣軸承200與記錄介質(zhì)隔開(kāi)。
記錄頭還可包括讀取器，并且諸如珀耳帖或熱離子裝置的冷卻裝置還可靠近 讀取器定位以冷卻該讀取器來(lái)增大GMR或TMR效應(yīng)同時(shí)減小熱噪聲。
圖7包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的記錄頭的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器形式的磁性存儲(chǔ)設(shè)備的圖示。 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器210包括被調(diào)整大小并配置成包含磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的各種組件的外殼212 (在此視圖中移除了上部分并露出下部分)。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器210包括用于旋轉(zhuǎn)外殼212 中可以是磁性記錄介質(zhì)的至少一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)216的主軸馬達(dá)214。至少一個(gè)臂218 包含在外殼212中，每個(gè)臂218具有帶有記錄頭或滑橇222的第一端220以及由軸 承226中樞地安裝在軸上的第二端224。致動(dòng)馬達(dá)228位于臂的第二端224，用于
轉(zhuǎn)動(dòng)臂218以在盤(pán)216的所需扇區(qū)或磁道230上定位記錄頭222。致動(dòng)馬達(dá)228由 控制器控制，在此圖中未示出該控制器，因?yàn)樗潜绢I(lǐng)域中公知的。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的記錄頭可用于其中向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)施加磁場(chǎng)的其它類型數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。
雖然就若干示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是可 對(duì)所述示例進(jìn)行各種變化而不背離如所附權(quán)利要求書(shū)中闡述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括磁性寫(xiě)入極；以及靠近所述磁性寫(xiě)入極定位的冷卻裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁性寫(xiě)入極包括 稀土金屬，或包括稀土金屬的合金。
3. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁性寫(xiě)入極包括 具有第一磁飽和的第一極片；以及具有第二磁飽和的第二極片，其中所述第一磁飽和大于所述第二磁飽和。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一極片具有比所述第二極 片更低的居里溫度。
5. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置靠近所述第一極片 定位。
6. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置包括 珀耳帖裝置或熱離子裝置。
7. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置包括包含鉍摻雜的 碲化物材料的珀耳帖裝置。
8. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于，所述磁性寫(xiě)入極包括 基于Rh的合金。
9. 一種方法，包括使用冷卻裝置來(lái)增大磁性記錄頭中磁性寫(xiě)入極一部分的磁矩。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述磁性寫(xiě)入極的所述部分包括 稀土金屬，或包括稀土金屬的合金。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述磁性寫(xiě)入極包括 具有第一磁飽和的第一極片；以及具有第二磁飽和的第二極片，其中所述第一磁飽和大于所述第二磁飽和。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一極片具有比所述第二 極片更低的居里溫度。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷卻裝置靠近所述第一極片定位。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷卻裝置包括 珀耳帖裝置或熱離子裝置。
15. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷卻裝置包括包含鉍摻雜的 碲化物材料的珀耳帖裝置。
16. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述磁性寫(xiě)入極包括 基于Rh的合金。
全文摘要
一種設(shè)備包括磁性寫(xiě)入極和靠近磁性寫(xiě)入極定位的冷卻裝置。磁性寫(xiě)入極可包括稀土金屬或包括稀土金屬的合金。還提供了一種使用冷卻裝置來(lái)增大磁性記錄頭中磁性寫(xiě)入極一部分的磁矩的方法。
文檔編號(hào)G11B5/127GK101206864SQ20071016213
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者T·F·安布魯斯 申請(qǐng)人:希捷科技有限公司