用于熱輔助磁記錄的具有成分漸變材料的近場(chǎng)換能器的制造方法
【專利摘要】本文公開(kāi)的實(shí)施例總體上涉及熱輔助磁記錄(HAMR)頭以及包括HAMR頭的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。HAMR頭包括主磁極、波導(dǎo)、以及設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間的近場(chǎng)換能器(NFT)。該NFT包括天線，并且該天線由化合物制造，該化合物的成分基于在該天線內(nèi)的位置而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，該天線具有在介質(zhì)面對(duì)表面(MFS)處的表面，并且該表面具有頂點(diǎn)，并且該化合物的成分自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上變化。在該HAMR頭的運(yùn)行期間該頂點(diǎn)具有最高溫度，并且在該頂點(diǎn)處具有熱穩(wěn)定的成分幫助實(shí)現(xiàn)較高的穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】
用于熱輔助磁記錄的具有成分漸變材料的近場(chǎng)換能器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本文公開(kāi)的實(shí)施例總體上涉及采用熱輔助磁記錄(HMffi)頭的磁盤(pán)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在采用HAMR頭的磁盤(pán)裝置中，近場(chǎng)換能器(NFT)可用于在記錄期間局部加熱具有高矯頑磁性(Co ere i V i ty)的磁介質(zhì)，以降低局部區(qū)域的矯頑磁性。金典型地用于NFT材料以實(shí)現(xiàn)高光學(xué)效率，但是金的熔點(diǎn)很低，因此當(dāng)NFT被長(zhǎng)期加熱時(shí)，NFT的形變成為問(wèn)題。NFT溫度在產(chǎn)生光學(xué)近場(chǎng)的點(diǎn)附近非常高，并且最大溫度達(dá)到大于150攝氏度，超過(guò)磁盤(pán)裝置的運(yùn)行溫度。當(dāng)NFT溫度大于150攝氏度超過(guò)磁盤(pán)裝置的運(yùn)行溫度時(shí)，經(jīng)由表面、晶界或晶格的金原子的原子擴(kuò)散顯著增加，導(dǎo)致NFT變形。
[0003]—種解決方案是使用合金作為NFT材料，合金在高溫下更加穩(wěn)定。然而，合金的使用提高了運(yùn)行期間的NFT溫度，這是因?yàn)閮蓚€(gè)原因:I)介電常數(shù)的虛部很大，因此更多的光被NFT吸收，以及2)由于摻雜劑原子導(dǎo)致的聲子散射，降低了NFT的導(dǎo)熱率，因此NFT內(nèi)的熱流減小。如果NFT溫升太高，則使用合金的益處可能被抵消。
[0004]因此，本領(lǐng)域需要改善HAMR頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文公開(kāi)的實(shí)施例總體上涉及HAMR頭。該HAMR頭包括主磁極、波導(dǎo)、以及設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間的NFT。該NFT包括天線，并且該天線由化合物制造，該化合物的成分基于在天線內(nèi)的位置而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，該天線具有在介質(zhì)面對(duì)表面(MFS)處的表面且該表面具有頂點(diǎn)，并且該化合物的成分自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上變化。在該HAMR頭的運(yùn)行期間該頂點(diǎn)具有最高溫度，并且在頂點(diǎn)處具有熱穩(wěn)定的成分幫助實(shí)現(xiàn)較高的可靠性。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，HAMR頭包括主磁極、波導(dǎo)、以及設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間的NFT ο該NFT包括天線，并且該天線包括在MFS處的第一表面。該第一表面具有頂點(diǎn)。該天線包括化合物，該化合物的成分自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上變化。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，HAMR頭包括主磁極、波導(dǎo)、以及設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間的NFT。該NFT包括天線，并且該天線包括在MFS處的第一表面、面對(duì)波導(dǎo)的第二表面、以及連接該第一表面和該第二表面的第三表面。該天線包括化合物，該化合物的成分自第三表面在實(shí)質(zhì)上垂直于該第三表面的方向上變化。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施例中，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器包括磁介質(zhì)、磁讀頭和HAMR磁寫(xiě)頭，該HAMR磁寫(xiě)頭包括主磁極、波導(dǎo)以及設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間的NFT。該NFT包括天線，并且該天線包括在MFS處的第一表面。該第一表面具有頂點(diǎn)。該天線包括化合物，該化合物的成分自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上變化。
【附圖說(shuō)明】
[0009]因此，參考實(shí)施例(某些實(shí)施例示出在附圖中)，可以有上面的概述的本公開(kāi)更詳細(xì)的描述，可實(shí)現(xiàn)詳細(xì)理解本公開(kāi)上述特征。然而，應(yīng)注意附圖僅示出了本公開(kāi)的典型實(shí)施例，并且因此不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，本公開(kāi)允許在涉及磁傳感器的任何領(lǐng)域中的其它等同效果的實(shí)施例。
[0010]圖1A和IB示出了根據(jù)本文所述實(shí)施例的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)。
[0011 ]圖2A和2B示出了根據(jù)本文所述一個(gè)實(shí)施例的HAMR磁寫(xiě)頭。
[0012]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的HAMR磁頭的局部側(cè)視截面圖。
[0013]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的HAMR磁頭的局部側(cè)視截面圖。
[0014]圖5A-5D是示出根據(jù)各種實(shí)施例的主材料中的附加材料的原子百分比和位置之間的關(guān)系，以及主材料中的附加材料的各種原子百分比的效果的圖表。
[0015]圖6A-6D是示出根據(jù)各種實(shí)施例的附加材料分布的圖表。
[0016]圖7A-7D示出了根據(jù)各種實(shí)施例的天線，該天線包括多于一種附加材料的成分。
[0017]圖8A-8C示出了根據(jù)各種實(shí)施例的天線，該天線包括具有多于一種附加材料的成分。
[0018]圖9A-9C是根據(jù)各種實(shí)施例的HAMR磁頭的局部截面圖。
[0019]圖10A-10C示出了根據(jù)各種實(shí)施例的如何將附加材料結(jié)合在主材料中。
[0020]為了便于理解，在可能的情況下對(duì)附圖中相同的元件使用了相同的附圖標(biāo)記?？深A(yù)期的是，一個(gè)實(shí)施例中公開(kāi)的元件在沒(méi)有具體敘述的情況下可有利地用在其它實(shí)施例中。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面參考實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，本公開(kāi)不限于具體描述的實(shí)施例。相反，下述特征和元件的任何組合，無(wú)論涉及相同的實(shí)施例或者不同的實(shí)施例，都預(yù)期實(shí)施且實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求項(xiàng)下的主題事項(xiàng)。此外，盡管本文描述的實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)其它可能解決方案和/或現(xiàn)有技術(shù)之上的優(yōu)點(diǎn)，但是無(wú)論特定的優(yōu)點(diǎn)由給定的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)與否都不限制所要求的主題事項(xiàng)。因此，下面的方面、特征、實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅為示例性的，而不應(yīng)認(rèn)為是所附權(quán)利要求的元素或限制，除非明確地表述在權(quán)利要求中。
[0022]本文公開(kāi)的實(shí)施例總體上涉及HAMR頭。HAMR頭包括主磁極、波導(dǎo)、以及設(shè)置在主磁極和波導(dǎo)之間的NFT JFT包括天線，并且天線由化合物制造，該化合物的成分基于在天線內(nèi)的位置而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，天線具有在MFS處的表面，且該表面具有頂點(diǎn)，并且化合物的成分自頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離頂點(diǎn)的方向上變化。在HAMR頭的運(yùn)行期間，頂點(diǎn)具有最高溫度，并且在頂點(diǎn)處具有熱穩(wěn)定的成分幫助實(shí)現(xiàn)較高的可靠性。
[0023]圖1A示出了具體化本公開(kāi)的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100。如圖所示，至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁介質(zhì)112支撐在主軸(spindle) 114上且通過(guò)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)118旋轉(zhuǎn)。每個(gè)介質(zhì)上的磁記錄是數(shù)據(jù)道(data track)的任何適當(dāng)圖案的形式，例如在磁介質(zhì)112上的同心數(shù)據(jù)道的環(huán)形圖案(未示出)。
[0024]至少一個(gè)滑塊113設(shè)置在磁介質(zhì)112附近，每個(gè)滑塊113支撐一個(gè)或多個(gè)磁頭組件121，一個(gè)或多個(gè)磁頭組件121可包括輻射源(例如，激光器或LED)用于加熱介質(zhì)表面122。隨著磁介質(zhì)112旋轉(zhuǎn)，滑塊113在介質(zhì)表面122之上徑向地進(jìn)出運(yùn)動(dòng)，從而磁頭組件121可接近(access)磁介質(zhì)112的不同道以讀取或記錄數(shù)據(jù)。每個(gè)滑塊113通過(guò)懸架115附接到執(zhí)行器臂119。懸架115提供輕微的彈力，以朝著介質(zhì)表面122偏置滑塊113。每個(gè)執(zhí)行器臂119附接到執(zhí)行器機(jī)構(gòu)127。如圖1A所示的執(zhí)行器機(jī)構(gòu)127可為音圈電機(jī)(VCM)。VCM包括在固定磁場(chǎng)內(nèi)可運(yùn)動(dòng)的線圈，線圈運(yùn)動(dòng)的方向和速度由控制單元129提供的電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)控制。
[0025]在HAMR啟用的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100的運(yùn)行期間，磁介質(zhì)112的旋轉(zhuǎn)在滑塊113和介質(zhì)表面122之間產(chǎn)生空氣軸承(air bearing)，空氣軸承在滑塊113上作用向上的力或者提升?？諝廨S承由此平衡懸架115的輕微彈力，且在常規(guī)運(yùn)行期間以很小、實(shí)質(zhì)上不變的間隔輕微支撐滑塊113在介質(zhì)表面112之上。輻射源加熱高矯頑磁性介質(zhì)，以使得磁頭組件121的寫(xiě)入元件可正確地磁化介質(zhì)中的數(shù)據(jù)位。
[0026]磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100的各種部件在運(yùn)行中由控制單元129產(chǎn)生的控制信號(hào)控制，控制信號(hào)例如是存取控制信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。典型地，控制單元129包括邏輯控制電路、存儲(chǔ)裝置和微處理器。控制單元129產(chǎn)生控制信號(hào)以控制各種系統(tǒng)運(yùn)行，控制信號(hào)例如是線123上的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)，以及線128上頭定位和尋找(head posit1n and seek)控制信號(hào)。線128上的控制信號(hào)提供所希望的電流分布(current prof i Ie)，以最佳地將滑塊113移動(dòng)和定位到介質(zhì)112上的所希望的數(shù)據(jù)道。寫(xiě)入信號(hào)和讀取信號(hào)通過(guò)記錄通道125與組件121上的讀寫(xiě)頭往返通訊。
[0027]上面對(duì)典型磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)的描述以及圖1A的附加說(shuō)明僅為了表示的目的。應(yīng)理解，磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)可包含大量的介質(zhì)和執(zhí)行器，并且每個(gè)執(zhí)行器可支撐多個(gè)滑塊。
[0028]圖1B是圖1的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器100的HAMR讀/寫(xiě)頭101和磁介質(zhì)112的局部側(cè)視截面圖。讀/寫(xiě)頭101可對(duì)應(yīng)于圖1中描述的磁頭組件121。讀/寫(xiě)頭101包括諸如空氣軸承表面(ABS)的MFS 139、磁寫(xiě)頭103和磁讀頭105，并且安裝在滑塊113上，以使得MFS 139面對(duì)磁介質(zhì)112。如圖1B所示，磁介質(zhì)112在箭頭148指示的方向上運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁寫(xiě)頭103。如圖1B以及隨后的附圖所示，X方向表示沿著道的方向，Y方向表示道寬度或者跨越道的方向，而Z方向表示實(shí)質(zhì)上垂直于MFS 139的方向。
[0029]在某些實(shí)施例中，磁讀頭105是磁阻(MR)讀頭，其包括設(shè)置在MR屏蔽SI和S2之間的MR感應(yīng)元件152。在其它實(shí)施例中，磁讀頭105是磁隧道結(jié)(MTJ)讀頭，其包括設(shè)置在MR屏蔽SI和S2之間的MTJ感應(yīng)裝置152。磁介質(zhì)112中的相鄰磁化區(qū)域的磁場(chǎng)可由作為記錄位的MR(或MTJ)感應(yīng)元件152檢測(cè)。
[0030]磁寫(xiě)頭103包括主磁極142、波導(dǎo)135、設(shè)置在主磁極142和波導(dǎo)135之間的NFT 140、返回磁極144、以及激發(fā)主磁極142的線圈146。磁寫(xiě)頭103可以可操作地附接到激光器155(即輻射源)。激光器155可直接設(shè)置在磁寫(xiě)頭103上，或者可以通過(guò)光纖或波導(dǎo)從與滑塊113分開(kāi)設(shè)置的激光器155來(lái)提供輻射。波導(dǎo)135是通過(guò)磁寫(xiě)頭103的高度向NFT 140傳輸輻射的通道，NFT 140例如為等離振子裝置或者光學(xué)換能器，設(shè)置在MFS 139處或在其附近。在諸如激光束的福射引入波導(dǎo)135時(shí)，在波導(dǎo)135的表面137產(chǎn)生消逝波(evanescent wave)，波導(dǎo)135耦接到在NFT 140的表面141上激發(fā)的表面等離振子。表面等離振子傳播到NFT 140的表面143，光學(xué)近場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生在表面143的頂點(diǎn)附近(見(jiàn)圖2B)。在其它實(shí)施例中，波導(dǎo)135可不延伸到MFS 139，并且NFT 140可設(shè)置在波導(dǎo)135的端部，從而NFT 140與波導(dǎo)135對(duì)齊。然而，本文的實(shí)施例不限于任何特定類型的輻射源或?qū)妮椛湓窗l(fā)射的能量傳輸?shù)組FS 139的技術(shù)。如圖1B所示的NFT 140是納米嘴(nanobeak)NFT。然而，NFT 140不限于任何特定類型的NFT。在某些實(shí)施例中，NFT 140是e-天線NFT或者棒棒糖式(lollipop)NFT。
[0031]圖2A是根據(jù)本文描述的一個(gè)實(shí)施例的HAMR磁寫(xiě)頭103的局部透視圖。為了更好地示出磁寫(xiě)頭103的某些部件，省略了覆蓋材料和間隔層。磁寫(xiě)頭103包括返回磁極144、波導(dǎo)135,NFT 140和主磁極142 JFT 140可包括天線202、耦接到天線202的熱分流器204、以及耦接到天線202的間隔層(示出在圖4中)。熱分流器204可由導(dǎo)熱材料制造。磁寫(xiě)頭103還可包括圍繞主磁極142的熱沉206，以及設(shè)置在返回磁極144的表面上的鏡面層208。熱分流器204可設(shè)置在天線202和熱沉206之間，如圖2A所示，并且天線202中產(chǎn)生的熱量可通過(guò)熱分流器204流到熱沉206。天線202可包括在MFS 139的表面143、面對(duì)波導(dǎo)135的表面141、面對(duì)主磁極142的表面210以及連接表面143和表面141的表面212。
[0032]圖2B是根據(jù)本文描述的一個(gè)實(shí)施例的磁寫(xiě)頭103的局部MFS圖。同樣省略了覆蓋材料和間隔層。如圖2B所示，天線202設(shè)置在波導(dǎo)135和主磁極142之間。天線202包括在MFS139處的表面143，并且表面143可具有梯形形狀。表面143可包括頂點(diǎn)220，即面對(duì)主磁極142的梯形形狀的一個(gè)端部，以及面對(duì)波導(dǎo)135的另一個(gè)端部222。頂點(diǎn)220在磁寫(xiě)頭103的運(yùn)行期間可耐受最高溫度，天線202中的溫度分布如圖3所示。
[0033]圖3是根據(jù)本文描述的一個(gè)實(shí)施例的磁寫(xiě)頭103的局部截面圖。在諸如激光束的輻射經(jīng)由波導(dǎo)135引入天線202中時(shí)，天線202中的振蕩電荷集中在頂點(diǎn)220處，并且集中的電荷產(chǎn)生靠近頂點(diǎn)220的光學(xué)近場(chǎng)點(diǎn)。振蕩電荷還在天線202內(nèi)產(chǎn)生熱量，尤其是在電荷集中的頂點(diǎn)220。因此，溫度分布具有在頂點(diǎn)220的峰值，并且溫度隨著距頂點(diǎn)的距離增大而降低。如圖3所示，天線202具有五個(gè)溫度區(qū)域0、1、2、3和4，其中在磁寫(xiě)頭103的運(yùn)行期間，區(qū)域4具有最高溫度，區(qū)域3具有低于區(qū)域4的溫度，區(qū)域2具有低于區(qū)域3的溫度，區(qū)域I具有低于區(qū)域2的溫度，區(qū)域O具有最低溫度。
[0034]通常，天線202由諸如金的導(dǎo)電低損耗金屬制造，或者由諸如AuRh的高損耗合金制造。然而，導(dǎo)電金屬具有相對(duì)低的熔點(diǎn)，因此天線202或NFT140可能變形。類似地，同質(zhì)合金也不適合于NFT，因?yàn)樘炀€202內(nèi)的溫度不是均勻的，并且天線202最靠近光學(xué)近場(chǎng)點(diǎn)(即頂點(diǎn)220)的部分典型地是最熱的，隨著遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220溫度逐漸降低，如圖3所示。因此，在溫度已經(jīng)降低的NFT區(qū)域中采用合金可能降低NFT的熱穩(wěn)定性，這是由于合金的降低的導(dǎo)熱率。因此，僅采用一個(gè)成分的合金不能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性和天線202溫升之間的最佳平衡。為了最佳地平衡熱穩(wěn)定性和天線202的溫升，天線202由導(dǎo)電的低損耗的金屬制造，其成分基于位置而變化。例如，參見(jiàn)圖3，應(yīng)使區(qū)域4的材料或合金的成分具有最高熱穩(wěn)定性，而從區(qū)域4到區(qū)域O熱穩(wěn)定性要求逐漸降低。
[0035]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的磁寫(xiě)頭103的局部截面圖。磁寫(xiě)頭103可包括設(shè)置在波導(dǎo)135和天線202之間的覆蓋材料402，并且NFT 140可包括設(shè)置在天線202和主磁極142之間的間隔層404。覆蓋材料402和間隔層404二者皆可由介電材料制造，例如氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或其組合。天線202可由化合物制造，該化合物的成分基于位置而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，成分包括主材料和在主材料中的一個(gè)或多個(gè)附加材料。一個(gè)或多個(gè)附加材料在主材料中的量可基于位置變化。天線202的成分可包括大于或等于90%的主材料。主材料可為金屬，例如，Au、Ag、Cu或Al，或者具有選自Au、Ag、Cu和Al的二至四種元素的合成材料。在主材料為合成材料時(shí)，合成材料的元素比可基于位置逐漸變化。附加材料可為元素Rh、Co、N1、Pt、Pd、Ru、B、Mo、W、T1、Ir和 Re 中的至少一種。
[0036]如圖4所示，化合物的成分從天線202的表面210開(kāi)始在方向“D1”上變化，方向“Dl”是從天線202的表面210到表面141的方向。方向“D1”也是沿著道的方向X。天線202的化合物成分可包括在表面210的主材料中的最高量附加材料，并且附加材料的量隨著遠(yuǎn)離表面210在方向“D1”上逐漸降低，方向“D1”平行于MFS。在遠(yuǎn)離表面210—定距離的位置的成分可不包括任何附加材料。頂點(diǎn)220位于表面210上。在表面210具有最高量附加材料的成分提高了在表面210的成分的熔點(diǎn)，也提高了天線202在表面210的熱穩(wěn)定性。換言之，為了實(shí)現(xiàn)高可靠性，大量的附加材料在耐受最高溫度的區(qū)域中被添加到主材料，而少量的附加材料在耐受較低溫度的區(qū)域中被添加到主材料。如圖3所示，因?yàn)殡S著距頂點(diǎn)220的距離增大溫度逐漸降低，所以主材料中的附加材料量隨著距頂點(diǎn)220的距離增大而逐漸降低。對(duì)于具有這樣成分的天線202，天線202或NFT 140的溫度可最小化，而天線202或NFT 140的熱穩(wěn)定性可得到保持。
[0037]圖5A-5D是示出根據(jù)各種實(shí)施例的附加材料在主材料中的原子百分比和位置之間的關(guān)系，以及與附加材料在主材料中的各種原子百分比的作用的圖表。圖5A是示出附加材料在主材料中的原子百分比和沿道方向X上距頂點(diǎn)220的距離之間關(guān)系的圖表。在一個(gè)實(shí)施例中，天線202由化合物制造，該化合物具有主材料金(Au)和附加材料銘(Rh)。如圖5A所示，Y軸是AuRh合金中Rh的原子百分比，范圍為約1.75%至軸是在方向“D1”上或者沿道方向X遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離。在頂點(diǎn)220或表面210，天線的部分是具有1.75%Rh和98.25%Au的AuRhc3AuRh合金中Rh的原子百分比在遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220 Onm至30nm之間線性降低，并且在方向“D1”上遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220 30nm處達(dá)到零，即化合物不包含任何附加材料Rh，而完全是主材料Au。
[0038]成分漸變的AuRh合金中的Rh附加物示出在圖5A中。Rh附加物對(duì)導(dǎo)熱率和折射系數(shù)η的實(shí)部的影響示出在圖5B中。如圖5Β所示，導(dǎo)熱率在頂點(diǎn)220最低，因?yàn)楦郊硬牧显陧旤c(diǎn)220為最高水平，并且導(dǎo)熱率隨著遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220而逐漸增加，因?yàn)楦郊硬牧狭恐饾u降低。在“D1”方向上遠(yuǎn)離頂點(diǎn)30nm處，附加材料量降低到零，從而導(dǎo)熱率變?yōu)樽罡咔译S著距頂點(diǎn)220的距離增加而保持不變。另一方面，折射系數(shù)η的實(shí)部在頂點(diǎn)220為最高，并且隨著距頂點(diǎn)220的距離增加且達(dá)到30nm而逐漸降低至恒定值。
[0039]圖5C和5D示出了不同的成分梯度分布和這樣的分布對(duì)天線202或NFT140溫度的作用，以及驅(qū)動(dòng)NFT 140所需的功率。示出了成分漸變的AuRh的四種不同分布:線性的、指數(shù)的、均勻的15nm厚度和均勻的30nm厚度。具有線性分布的天線202中的Rh的總量與具有指數(shù)分布的天線202中的Rh的總量相同，這與具有均勻15nm厚度分布的天線202中的總量相同。在圖5D中，四種分布彼此比較，并且與僅包含主材料Au的天線202的成分進(jìn)行比較。第一Y軸是NFT溫升或天線溫升，第二 Y軸是NFT 140所需的輸入功率以實(shí)現(xiàn)固定的熱點(diǎn)溫度。如圖所示，線性分布示出了接近Au的最低NFT溫升，而指數(shù)分布示出了比線性分布略高的溫升，但是仍低于均勻厚度的分布。由Au制造的天線可具有最低溫升，但是熱穩(wěn)定性最低，因?yàn)闆](méi)有附加材料添加到Au。即使天線202中的Rh的總量對(duì)于線性分布和均勻15nm厚度的分布是相同的，線性分布的溫升也比均勻15nm厚度分布低約25%。另外，線性分布和均勻30nm厚度分布二者具有相同厚度的附加材料(30nm)，線性分布的溫升比均勻30nm厚度分布低約40 % ο指數(shù)分布，即使溫升略高于線性分布，在頂點(diǎn)具有最高Rh原子百分比。因此，指數(shù)分布的頂點(diǎn)處的熱穩(wěn)定性高于其它分布。這些分布所需的功率上沒(méi)有顯著不同。
[0040]圖6A-6D是示出根據(jù)各種實(shí)施例的附加材料分布的圖表。在圖6A- 6D中，附加材料量(Y軸)相對(duì)于在方向“Dl”(x軸)上遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離而繪制。附加材料量可在頂點(diǎn)220附近迅速改變，如圖6A所示，或者可在頂點(diǎn)2 20附近緩慢改變，如圖6B所示。附加材料量可由指數(shù)函數(shù)或者多項(xiàng)式函數(shù)表示。除了如圖5A、6A和6B所示的連續(xù)改變附加材料量之外，附加材料量也可離散改變，或者步進(jìn)改變，如圖6C和6D所示。
[0041]圖7A-7D示出了根據(jù)各種實(shí)施例的天線202，其包括具有多于一個(gè)附加材料的成分。圖7A-7D示出的天線202包括具有主材料Au和在主材料Au中的多個(gè)附加材料Rh、Cc^PNi的成分。圖7A-7C是示出附加材料量(Y軸)的圖表，相對(duì)于在方向“D1”(X軸)上遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離而繪制。全部三個(gè)圖表示出了在頂點(diǎn)220的AuRh層、相鄰AuRh層的AuCo層以及相鄰AuCo層的AuNi層。圖7A示出了每一個(gè)具有不變量的附加材料的層，而圖7B和7C示出了每一個(gè)具有不同量的附加材料的層。圖7B示出了附加材料量的離散或步進(jìn)改變，而圖7C示出了附加材料量的連續(xù)改變。AuRh用在具有最高溫度的位置，因?yàn)锳uRh在高溫下最穩(wěn)定。然而，AuRh吸收大量的輻射或光，并且具有低導(dǎo)熱率。AuCo的高溫穩(wěn)定性低于AuRh，但是在附加量相同或更少時(shí)，比AuRh吸收更少的福射。AuN i在高溫下具有比AuRh和AuCo更低的穩(wěn)定性，但是具有比AuRh和AuCo更大的導(dǎo)熱率。圖7D示出了表格，說(shuō)明不同材料相對(duì)于彼此的特性。通過(guò)堆疊這些材料，天線202或NFT 140的溫度可降低，而同時(shí)保持NFT 140的熱穩(wěn)定性。如圖7A所示，每層AuRh、AuCo和AuN i的厚度可為相同的，例如約I Onm，或者可為不同的，例如約3nm的AuRh、約1nm的AuCo和約1nm的AuNi。附加材料的數(shù)量可為兩個(gè)，例如在頂點(diǎn)220的厚度為約I Onm的一層AuCo以及相鄰于AuCo層的厚度約為I Onm的一層AuN i。附加材料的數(shù)量可大于三，例如在頂點(diǎn)220的厚度約為2nm的一層AuW、相鄰于AuW層的厚度約為3nm的一層AuRh、相鄰于AuRh層的厚度約為5nm的一層AuCo、以及相鄰于AuCo層的厚度約為1nm的一層AuNi ο
[0042]圖8A-8C示出了根據(jù)各種其它實(shí)施例的天線202，其包括具有多于一個(gè)附加材料的成分。圖8A-8C是示出附加材料量(Y軸)的圖表，相對(duì)于在方向“D1”(X軸)上遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離繪制。在一個(gè)實(shí)施例中，主材料Au中有兩個(gè)附加材料Rh和Co，因此形成三元Au Rh Co合金。如圖8A所示，在頂點(diǎn)220，附加材料Rh和Co二者在主材料Au中，并且在頂點(diǎn)220處Co的量大于Rh的量。隨著距頂點(diǎn)220距離的增加，Rh和Co 二者在Au中的量線性地降低，并且在遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離Xo上達(dá)到零。在某些實(shí)施例中，Co的量在遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離大于Xo處達(dá)到零。距離XQ可遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的任何適當(dāng)?shù)木嚯x。在一個(gè)實(shí)施例中，距離XQ為約15nm。圖8B示出了一個(gè)附加材料Co的量自頂點(diǎn)220到距頂點(diǎn)220距離Xo處不變，而另一個(gè)附加材料Rh自頂點(diǎn)220到距頂點(diǎn)220距離X1處線性降低。距離X1可為遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的任何適當(dāng)距離。在一個(gè)實(shí)施例中，距離Xi為約5nm。
[0043]如圖SC所示，在頂點(diǎn)220僅有一個(gè)附加材料Rh。隨著距頂點(diǎn)220距離的增加，附加材料Rh的量線性地降低，而另一個(gè)附加材料Co的量線性地增加。在遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的距離X1處，沒(méi)有附加材料Rh，而附加材料Co的量達(dá)到最大水平。換言之，自頂點(diǎn)220到距頂點(diǎn)220的距離Xi處，AuRh逐漸地被AuCo取代。自距頂點(diǎn)220的距離χι處到距頂點(diǎn)220的距離χο處，Co在Au中的量線性地降低。附加材料量的增加或降低不限于圖8A-8C所示的線性的，而是可為如圖6Α-6D所示的指數(shù)的、多項(xiàng)式的或步進(jìn)的。
[0044]圖9A-9C是根據(jù)各種實(shí)施例的HAMR磁頭103的局部截面圖。與上述的在天線202的表面210處具有最高量附加材料不同，圖9A-9C示出的天線202在其它表面具有附加材料在主材料中的最高量，并且附加材料的量隨著距表面距離的增加而逐漸降低。圖9A-9C中描述的主材料和附加材料可與上述的主材料和附加材料相同。圖9A示出的天線202具有在MFS139處的表面143，且頂點(diǎn)220位于表面143上。在一個(gè)實(shí)施例中，天線202由化合物制造，化合物在表面143具有附加材料在主材料中的最高量，并且附加材料的量在遠(yuǎn)離表面143的方向“D2”上降低，方向“D2”實(shí)質(zhì)上垂直于MFS139。降低可以是如上所述的線性的、指數(shù)的、多項(xiàng)式的或者步進(jìn)的。附加材料的數(shù)量以及附加材料量上的改變可與如上所述相同。
[0045]圖9B示出了天線202，天線202具有連接表面141和表面143的表面212。表面212可相對(duì)于MFS 139形成銳角，并且可稱為前緣錐度(leading edge taper)。在一個(gè)實(shí)施例中，天線202由化合物制造，化合物具有在表面212處的附加材料在主材料中的最高量，并且附加材料的量在遠(yuǎn)離表面212的方向“D3”上降低，方向“D3”實(shí)質(zhì)上垂直于表面212。降低可為如上所述的線性的、指數(shù)的、多項(xiàng)式的或者步進(jìn)的。附加材料的量和附加材料量上的改變可與如上所述相同。
[0046]圖9C示出了天線202，天線202具有在MFS 139處的表面143，并且頂點(diǎn)220位于表面143上。在一個(gè)實(shí)施例中，天線202由化合物制造，化合物具有在頂點(diǎn)220處的附加材料在主材料中的最高量，并且附加材料的量在遠(yuǎn)離頂點(diǎn)220的方向“D4”上降低。方向“D4”可以是相對(duì)于MFS 139約45度的方向，或者是在沿著道方向X和方向Z之間的方向，方向Z實(shí)質(zhì)上垂直于MFS 139。附加材料在方向“D4”上自頂點(diǎn)220的分布也可按照?qǐng)D3中描述的溫度分布，從而區(qū)域4具有附加材料的最高量，區(qū)域3與區(qū)域4相比具有較小的附加材料量，區(qū)域2與區(qū)域3相比具有較小的附加材料量，區(qū)域I與區(qū)域2相比具有較小的附加材料量，區(qū)域O沒(méi)有附加材料。降低可為如上所述的線性的、指數(shù)的、多項(xiàng)式的或步進(jìn)的。附加材料的數(shù)量和附加材料量上的改變可與如上所述相同。
[0047]具有成分基于位置而變化的天線202可通過(guò)物理氣相沉積工藝制造，使物理氣相沉積工藝?yán)缡莵?lái)自多個(gè)靶材(target)的共濺射。特別是，成分漸變的附加材料可被共濺射，并且附加材料的所希望梯度可通過(guò)控制施加到靶材的直流(DC)或射頻(RF)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可替代的，天線202可通過(guò)各種擴(kuò)散工藝形成。圖10A-10C示出了根據(jù)各種實(shí)施例的附加材料如何采用擴(kuò)散工藝結(jié)合在主材料中。
[0048]圖1OA是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)1000的側(cè)視截面圖。結(jié)構(gòu)1000可形成在基板上，并且可為在其上執(zhí)行多個(gè)工藝步驟后的HAMR頭103。結(jié)構(gòu)1000可包括第一層1002、第一層1002上的第二層1004、沉積在第二層1004上的第三層1006、以及沉積在第三層1006的至少一部分上的第四層1008。第一層1002可形成波導(dǎo)135，第二層1004可形成覆蓋材料402，第三層1006可形成天線202，第四層1008可形成如上所述的附加材料。第三層1006可由如上所述的主材料制造。在一個(gè)實(shí)施例中，第三層1006由Au制造，并且第四層1008由Rh制造。在結(jié)構(gòu)1000加熱到大于250攝氏度時(shí)，層1008的附加材料擴(kuò)散在第三層1006中。結(jié)構(gòu)1000的加熱可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)，例如激光加熱。激光束可定向到第四層1008的頂表面和第三層1006的暴露部分。在擴(kuò)散工藝后，第四層1008可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)囊瞥に囈瞥鐫穹ㄎg亥IJ、反應(yīng)離子蝕刻或離子研磨。在結(jié)構(gòu)1000上執(zhí)行各種工藝以形成HAMR讀/寫(xiě)頭101后，結(jié)構(gòu)1000沿著線1010折疊，并且暴露表面為MFS 139。通過(guò)上述工藝形成的最終結(jié)構(gòu)可為如圖4所示的HAMR寫(xiě)頭103。
[0049]圖1OB是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)1020的側(cè)視截面圖。結(jié)構(gòu)1020可形成在基板上，并且可為在其上執(zhí)行多個(gè)工藝步驟后的HAMR寫(xiě)頭103。結(jié)構(gòu)1020可包括第一層1002、第二層1004、第三層1006、沉積在第三層1006的一部分上并稍后被移除的第四層1012。第四層1012可為如上所述的附加材料。在結(jié)構(gòu)1020加熱到大于250攝氏度時(shí)，層1012的附加材料擴(kuò)散在第三層1006中。結(jié)構(gòu)1020的加熱可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)，例如激光加熱。激光束可定向到第四層1012的頂表面。在結(jié)構(gòu)1020上執(zhí)行各種工藝以形成HAMR讀/寫(xiě)頭101后，結(jié)構(gòu)1020沿著線1010折疊，移除第一層1002的一部分、第二層1004的一部分、第三層1006的一部分以及全部第四層1012。剩余部分的暴露表面為MFS 139。通過(guò)上述工藝形成的最終結(jié)構(gòu)可為如圖9C所示的HAMR寫(xiě)頭103。
[0050]圖1OC是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)1030的側(cè)視截面圖。結(jié)構(gòu)1030可形成在基板上，并且可為在其上執(zhí)行多個(gè)工藝步驟后的HAMR頭103。結(jié)構(gòu)1030可包括第一層1002、第二層1004、沉積在第二層1004上的第三層1014、沉積在第三層1014的第一部分上的熱分流器204、沉積在第三層1014的第二部分上的第四層1016、以及沉積在熱分流器204和第四層1016上的第五層1018。第三層1014可形成天線202，第四層1016可形成間隔層404，第五層1018可形成主磁極142。第三層1014可由如上所述的主材料制造。第六層1022可形成在層1002、1004、1014、1016和1018的每一個(gè)的豎直表面上。第六層1022可由如上所述的附加材料制造。在結(jié)構(gòu)1030加熱到大于250攝氏度時(shí)，層1022的附加材料擴(kuò)散在第三層1014中。結(jié)構(gòu)1030的加熱可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)，例如激光加熱。激光束可定向到第六層1022在靠近第三層1014的位置，如圖1OC中所示的箭頭“H”所表示。在結(jié)構(gòu)1030上執(zhí)行擴(kuò)散工藝和各種工藝以形成HAMR讀/寫(xiě)頭101后，結(jié)構(gòu)1030沿著線1010折疊，并且暴露表面為MFS 139。通過(guò)上述工藝所形成的最終結(jié)構(gòu)可為如圖9A所示的HAMR寫(xiě)頭103。
[0051 ]總之，公開(kāi)了 HAMR頭，其具有包括天線的NFT，天線由化合物制造，化合物的成分基于位置而變化。化合物可包括主材料以及一個(gè)或多個(gè)附加材料。在耐受最高溫度的位置，附加材料在主材料中的量可為最高以改善熱穩(wěn)定性。附加材料的量隨著遠(yuǎn)離最高溫度的區(qū)域而逐漸降低以改善導(dǎo)熱率。作為改善熱穩(wěn)定性的結(jié)果改善了 HAMR頭的可靠性。
[0052]盡管前面所述針對(duì)于本公開(kāi)的實(shí)施例，但是在不脫離本公開(kāi)的基本范圍的情況下可設(shè)想其它的和進(jìn)一步的實(shí)施例，本公開(kāi)的范圍由所附的權(quán)利要求決定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱輔助磁記錄頭，包括: 主磁極； 波導(dǎo)；以及 近場(chǎng)換能器，設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間，其中該近場(chǎng)換能器包括天線，其中該天線包括在介質(zhì)面對(duì)表面處的第一表面，其中該第一表面具有頂點(diǎn)，并且其中該天線包括化合物，該化合物的成分自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上變化。2.如權(quán)利要求1所述的熱輔助磁記錄頭，其中該天線的該化合物的成分包括主材料以及一個(gè)或多個(gè)附加材料，其中該天線的該化合物的成分還包括在該頂點(diǎn)處的該一個(gè)或多個(gè)附加材料的最高量，并且該一個(gè)或多個(gè)附加材料的量自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上減小。3.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該主材料選自由Au、Ag、Cu或Al，以及具有選自Au、Ag、Cu和Al的二至四個(gè)元素的合成材料組成的組。4.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料選自由Rh、Co、N1、卩七、？(1、1?11、8、]\10、1、11、11和1^組成的組。5.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料在該主材料中的量的減小是線性的。6.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料在該主材料中的量的減小是指數(shù)的。7.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料在該主材料中的量的減小是多項(xiàng)式的。8.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料在該主材料中的量的減小是步進(jìn)的。9.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料的量自該頂點(diǎn)在相對(duì)于該介質(zhì)面對(duì)表面約45度的方向上減小。10.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料的量自該頂點(diǎn)在實(shí)質(zhì)上垂直于該介質(zhì)面對(duì)表面的方向上減小。11.如權(quán)利要求2所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料的量自該頂點(diǎn)在實(shí)質(zhì)上平行于該介質(zhì)面對(duì)表面的方向上減小。12.一種熱輔助磁記錄頭，包括: 主磁極； 波導(dǎo)；以及 近場(chǎng)換能器，設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間，其中該近場(chǎng)換能器包括天線，其中該天線包括在介質(zhì)面對(duì)表面處的第一表面、面對(duì)該波導(dǎo)的第二表面、以及連接該第一表面和第二表面的第三表面，并且其中該天線包括化合物，該化合物的成分從該第三表面開(kāi)始在實(shí)質(zhì)上垂直于該第三表面的方向上變化。13.如權(quán)利要求12所述的熱輔助磁記錄頭，其中該天線的該化合物的成分包括主材料以及一個(gè)或多個(gè)附加材料，其中該天線的該化合物的成分還包括在該第三表面處的該一個(gè)或多個(gè)附加材料的最高量，并且該一個(gè)或多個(gè)附加材料的量自該第三表面在實(shí)質(zhì)上垂直于該第三表面的方向上減小。14.如權(quán)利要求13所述的熱輔助磁記錄頭，其中該主材料選自由Au、Ag、Cu或Al，以及具有選自Au、Ag、Cu和Al的二至四個(gè)元素的合成材料組成的組。15.如權(quán)利要求13所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料選自由Rh、Co、N1、Pt、Pd、Ru、B、Mo、W、T1、Ir和 Re 組成的組。16.如權(quán)利要求13所述的熱輔助磁記錄頭，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料在該主材料中的量的減小是線性的、指數(shù)的、多項(xiàng)式的或者步進(jìn)的。17.—種硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，包括: 磁介質(zhì)； 磁讀頭；以及 熱輔助磁記錄磁寫(xiě)頭，其中該熱輔助磁記錄磁寫(xiě)頭包括: 主磁極； 波導(dǎo)；以及 近場(chǎng)換能器，設(shè)置在該主磁極和該波導(dǎo)之間，其中該近場(chǎng)換能器包括天線，其中該天線包括在介質(zhì)面對(duì)表面處的第一表面，其中該第一表面具有頂點(diǎn)，并且其中該天線包括化合物，該化合物的成分自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上變化。18.如權(quán)利要求17所述的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中該天線的該化合物的成分包括主材料以及一個(gè)或多個(gè)附加材料，其中該天線的該化合物的成分還包括在該頂點(diǎn)處的該一個(gè)或多個(gè)附加材料的最高量，并且該一個(gè)或多個(gè)附加材料的量自該頂點(diǎn)在遠(yuǎn)離該頂點(diǎn)的方向上減小。19.如權(quán)利要求18所述的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中該主材料選自由Au、Ag、Cu或Al，以及具有選自Au、Ag、Cu和Al的二至四個(gè)元素的合成材料組成的組，并且該一個(gè)或多個(gè)附加材料選自由詘、(:0、附、？扒？(1、1?11、8、]\10、1、11、11和1^組成的組。20.如權(quán)利要求18所述的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，其中該一個(gè)或多個(gè)附加材料在該主材料中的量的減小是線性的、指數(shù)的、多項(xiàng)式的或步進(jìn)的。
【文檔編號(hào)】G11B5/31GK105938717SQ201610124840
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年3月4日
【發(fā)明人】松本拓也, V.P.S.拉沃特
【申請(qǐng)人】Hgst荷蘭公司