具有多层主写极的垂直磁记录头

摘要

一种包括一多层主写极(30)的垂直磁记录头(22)。该主写极(30)包括第一材料层(46)、第二材料层(48)和位于第一材料层(46)与第二材料层(48)之间的夹层(50)。第二材料层(48)具有的饱和磁矩大于第一材料层(46)的饱和磁矩。

说明书

                对相关申请的交叉引用

本发明要求2001年10月19日提交的美国临时申请号60/344,929的权益。

技术领域

本发明涉及垂直磁记录头，尤其涉及具有多层主写极的垂直磁记录头。

背景技术

磁记录头被方便地使用于磁盘驱动存储系统之中。大多数在这样的系统中所使用的磁记录头是“纵向”磁记录头。纵向磁记录按其传统的形式被设计成在近似40Gbit/in²(吉比特/平方英寸)以上的密度时遭受超顺磁不稳定。人们相信减少或改变比特单元纵横比会是这种限制扩展到近似100Gbit/in²。然而，对于100Gbit/in²以上的记录密度，不同的方法看来是很必要，用以克服纵向磁记录的局限。

替代纵向磁记录的是“垂直”磁记录。垂直磁记录被认为具有扩展记录密度的能力，能远远突破纵向磁记录的限制。用于垂直磁存储介质的垂直磁记录头可包括一对磁耦合极，该对磁耦合极包括一个具有相对较小的底部表面区的主写极和一个具有较大底部表面区的磁通返回极。一个多箍线圈被安置在主写极的近邻以在该极和存储介质的软衬层之间感应出一个磁场。软衬层位于存储介质的硬质磁记录层之下，并且增强由该主极产生的磁场幅度。这允许以较高的矫顽力使用存储介质，因此，可以将更多地稳定比特存储在介质上。在记录过程中，线圈中的电流激励该主极以产生一个磁场。在软衬层中形成该磁场的镜像以增强在磁介质中产生的磁场强度。从顶部发散到软衬层的磁通密度通过磁通返回极返回。该返回极位于离主写极足够远处，从而使得该返回极的材料并不影响主写极的磁通，主写极的磁通直接地垂直进入存储介质的硬制层和软衬层。

垂直磁记录系统可以利用一个具有均匀磁特性的主写极，即该主写极由具有均匀磁矩的单一材料构成。然而，这样的写极可能表现出可能劣化相邻磁道的非对称效应。

垂直磁记录系统还可利用一个具有“混合”设计的主写极，例如，在低饱和磁矩材料之上形成高饱和磁矩材料。这样的设计类型被发现能有效地在写过程中降低非对称效应。然而，对于这样的混合设计，已确定了该低饱和磁矩材料在高饱和磁矩材料中可能包括一种纹理，它可能影响所希望的磁头设计的磁特性，例如剩磁的增加。

相应地，认识到需要一种改进的垂直磁记录头来克服已知的垂直磁记录头的局限性、缺点、和/或缺陷。另外，认识到需要一种改进的垂直磁记录头的主写极，以克服已知的主写极的局限性、缺点和/或缺陷。

发明内容

本发明的实施例满足所认识到的需要以及其它需要，并随着观看说明书和附图而被更充分地理解。

根据本发明的一个方面，垂直磁记录头的主写极由第一材料层、第二材料层、和安置在第一和第二材料层之间的夹层组成。该第二材料层具有的饱和磁矩大于第一材料层的饱和磁矩。该夹层可能包括，例如，AL₂O₃、SiO₂、Si₃N₄和/或任何不定型地或很少甚至没有与磁层相匹配的晶格的材料。该第一材料层可通过夹层耦合第二材料层进行磁交换。这使得主写极的结构具有软的和单轴磁特性并且相当低的硬磁化轴的剩磁。

根据本发明的另一个方面，垂直磁记录头由一个主写极和一个磁耦合到主写极的返回极组成。主写极由第一材料层、第二材料层、和位于第一材料层和第二材料层之间的夹层组成。该第二材料层具有比第一材料层大的饱和磁矩。

根据本发明的另一个方面，一个磁盘驱动器存储系统由一个外壳、一个安置在外壳内的垂直磁记录介质、和安装在外壳中紧邻磁记录介质的垂直磁记录头组成。该垂直磁记录头包括一个主写极和一个磁耦合到主写极的返回极。该主写极包括第一材料层、第二材料层和位于第一材料层和第二材料层之间的夹层用以耦合第一和第二材料层进行磁交换。该第二材料层具有比第一材料层更大的饱和磁矩。

附图说明

图1是可利用本发明的垂直磁记录头的磁盘驱动系统的图示。

图2是本发明的垂直磁记录头和垂直磁记录介质的部分示意侧视图。

图3例示了具有1600埃厚度的2.1T FeCoB材料的B-H回线图。

图4例示了具有1600埃厚度的0.46T NiFeCr材料的B-H回线图。

图5例示了沉积在图4的NiFeCr材料上的图3的FeCoB材料的B-H回线图。

图6例示了根据本发明构建的并具有以6埃厚度的Al₂O₃材料构成的夹层的主写极的B-H回线图。

图7例示了根据本发明构建的并具有以8埃厚度Al₂O₃材料构成的夹层的主写极的B-H回线图。

图8例示了根据本发明构建的并具有以10埃厚度Al₂O₃材料构成的夹层的主写极的B-H回线图。

图9例示了根据本发明构建的并具有以12埃厚度Al₂O₃材料构成的夹层的主写极的B-H回线图。

图10例示了根据本发明构建的并具有以14埃厚度Al₂O₃材料构成的夹层的主写极的B-H回线图。

图11图示由图6-10决定的、相应于Al₂O₃夹层厚度的难磁化轴矫顽性。

图12图示由图6-10决定的、相应于Al₂O₃夹层厚度的H_K。

图13图示由图6-10决定的、相应于Al₂O₃夹层厚度的SQ_h。

具体实施方式

本发明提供了一种垂直磁记录头，尤其提供了一种带有多层主写极的垂直磁记录头。本发明特别适用于磁盘驱动存储系统。在此所使用的记录头通常定义为一种能完成读和/或写操作的头。在此所使用的垂直磁记录一般涉及在磁存储介质内将磁畴定向为基本垂直于记录头和/或记录介质的行进方向。

图1是一个可应用本发明的垂直磁记录头的盘驱动器10的图示。磁盘驱动器10具有外壳12(在此图最上部分处的外壳被移除，而下部部分可见)，其尺寸被配置成包含盘驱动器的各种部件。盘驱动器10包括一个主轴电动机14，用以旋转至少一个磁存储介质16，所述磁存储介质可以是垂直磁记录介质，在此情况中即为在外壳内的磁盘。在所述外壳12中包含至少一个连臂18，每个连臂18具有带有记录头或滑动器22的第一端部20，和通过一个轴承26安装在枢轴上的第二端部24。一个致动电动机位于连臂的第二端部24用以旋转连臂18来将记录头22定位在盘16上所希望的扇区或磁道27上。致动电动机28由一个控制器控制，控制器没有在本图中显示，它是本技术领域众所周知的。

图2是垂直磁记录头22和垂直磁记录介质16的部分示意侧视图。具体来说，记录头22包括一个由主写极30和返回极或相对极32组成的写部件，所述主写极和返回极通过轭架或支架35而相互磁耦合。磁化线圈33围绕轭架或支架35用以激励记录头22。记录头22还包括一个未示出的读头，它可以是本技术领域周知的任何常规类型的读头。

仍然参照图2，垂直磁记录介质16被安置在记录头22之下。记录介质16包括基底38，基底可以由任何适当的材料如陶瓷玻璃或非晶玻璃制成。一软磁性衬层40沉积在基底38上。该软磁性衬层40可以由具有例如相对较高磁矩和较高磁导率的任何适当的材料制成。一硬磁性记录层42沉积在软衬层40之上，具有包含在硬磁层42中的垂直定向的磁畴。用于硬磁性记录层42的适当的硬磁性材料可以包括从CoCr、FePd、CoPd、CoFePd、CoCrPd或者CoCrPt中选出的至少一种材料。

根据本发明，主写极30是一个多层结构。具体来说，该主写极30包括第一层46、第二层48和位于第一层46和第二层48之间的夹层50。第一层46通过夹层50磁交换耦合到第二层48。主写极30的第一层46可以由例如NiFeX的材料构成，其中X包括Cr、Cu、Ti和/或有效地削弱NiFe的磁矩同时保持NiFe的磁性的任何材料。第一层46的材料被选择成使第一层46的饱和磁矩在大约0.3T到大约0.5T的范围内。

主写极30的第二层48可以由例如FeCo或FeCoX的材料构成，其中X包括B、Zr、Ta、Hf和/或引起晶粒尺寸细化的任何材料，晶粒尺寸细化产生了一种软磁和单轴特性的材料。第二层48的材料被选择或使第二层48具有饱和磁矩在大约1.6T到大约2.4T的范围内。

夹层50由非磁性材料构成，以作为在第一层46和第二层48之间的隔离。夹层50可以由例如Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄和/或不具有与第一层46和第二层48类似的晶格常数的任何材料。

如在此所述，以混合头设计为基础的主写极设计成高饱和磁矩材料直接地形成在低饱和磁矩材料的上面，在高饱和磁矩材料的层中导致纹理结构，它导致在高饱和磁矩材料的层中更硬和较少单轴磁特性，还导致沿着难磁化轴(M_rh)剩磁的增加。因此，夹层50位于第一层46(它具有相对较低的饱和磁矩)和第二层48(它具有相对较高的饱和磁矩)之间。具体来说，该夹层50基于例如所使用的特定材料及其厚度，将用于削弱或最小化纹理化效应，纹理化效应是在高饱和磁矩材料被直接地构建在低饱和磁矩材料上时发现的。夹层50的参数在确保第一层46维持与第二层48的磁交换耦合中也很重要。因此，夹层50应具有厚度t，它小于第一层46的厚度46t，也小于第二层48的厚度48t，这里，例如46t和48t分别可介于500A和2000A之间。夹层50的厚度t可以在大约5埃到大约20埃的范围中。然而，应理解夹层50的厚度t会根据各种因素而改变，这些因素例如为夹层50选择的特定材料或者为第一层46和第二层48选择的特定材料。

主写极30的构成，如所述那样导致主写极30具有大约0至0.5范围的M_rh。例如，该相当低的M_rh有利于该主写极30在记录头22不被激励时不实行写操作。

为了例示本发明，参照图3-13。具体来说，一个主写极，例如主写极30，按以下结构形成：

基底\NiFeCr\t Al₂O₃\FeCoB这里t＝0、6、8、10、12和14。NiFeCr材料对应于具有相对低饱和磁矩的第一层46，而FeCoB材料对应于具有相对高饱和磁矩的第二层48。Al₂O₃材料对应于夹层50，并且以具有各种厚度的Al₂O₃形成各种结构。NiFeCr材料具有1600埃的厚度和0.46T(Ni₈₀Fe₂₀)₈₇Cr₁₃的特定成份。FeCoB材料具有1600埃的厚度和2.1T(Fe₆₅Co₃₅)₉₁B₉的特定成份。基底由5000埃的热氧化物Si(100)构成。FeCoB材料和NiFeCr材料从适当成分的靶通过直流磁控溅射被沉积。Al₂O₃材料从铝靶通过射频磁控溅射被沉积。

图3例示出仅仅对于2.1T FeCoB的沿易磁化轴和难磁化轴(如所标示)的B-H回线。具体来说，B-H回线指示出这个材料对于相对高的饱和磁矩和高磁致伸缩材料具有软的和单轴的磁特性。FeCoB具有近似于15Oe的易磁化轴矫顽性、近似于10Oe的难磁化轴矫顽性、和近似于48Oe的H_k值，其中H_k是所施加的场H沿着材料的难磁化轴达到磁饱和时的值。FeCoB也被决定以具有0.162的难磁化轴垂直度(hard axis squareness)SQ_h(其中，SQ_h＝M_rh/M_sh，其中M_rh为材料沿难磁化轴的剩磁、M_sh为材料沿难磁化轴的磁饱和)。

图4例示出仅对于0.46T NiFeCr材料的沿易磁化轴和难磁化轴二者的B-H回线。图4例示出NiFeCr是相对较软磁的材料，它具有小于1.5Oe的易磁化轴和难磁化轴矫顽性、近似于1.4Oe的Hk和0.643SQ_h。

图5例示出对于具有1600埃厚度的被直接沉积在具有1600埃厚度的NiFeCr材料上的FeCoB材料的沿着易磁化轴和难磁化轴二者的B-H回线。该特定结构导致“混合”设计，如在此描述那样不具有夹层。具体来说，图5示出NiFeCr和FeCoB被交换耦合。然而，SQ_h从0.162增加到0.752。SQ_h中的这种增加，即M_rh中的增加，能导致写和擦除的发生而读头却没有被激励。已判定出这种效果是由于来自NiFeCr的在FeCoB中的纹理化效应。实质上，NiFeCr以近似于7的因子引起FeCoB的(110)纹理中的增强。另外，FeCoB晶粒大小可变得更大，使得FeCoB膜更加无方向性，如由图5所示。

图6-10例示出对于以上所提出的结构沿着易磁化轴和难磁化轴两者的B-H回线，这里夹层材料Al₂O₃的厚度分别是6、8、10、12和14埃。

图11-13例示出对于根据本发明构建的主写极结构30的相对于夹层Al₂O₃的厚度的难磁化轴矫顽性H_K和SQ_h。这些图例示出在第一层46和第二层48之间使用夹层50以构成主写极30的好处。具体来说，难磁化轴矫顽性减小(图11)，H_K增加并变得相对恒定(图12)，以及SQ_h明显地减小(图13)。注意到相关的增加和/或减少的描述是基于与当没有夹层被安置在材料之间，即Al₂O₃层的厚度等于0时的情况的比较结果。在图11-13中所例示的结果对于有效的写头性能都是可取的。

如在此所述，第一层46和第二层48必须维持通过夹层50的磁交换耦合。如在图13中所示，夹层50材料Al₂O₃的厚度直接地与所要求的交换耦合相关。图5-7清楚地示出NiFeCr和FeCoB被交换耦合。作为比较，图10清楚地示出NiFeCr和FeCoB被交换去耦合，如由阶52在易磁化轴B-H回线中所指出的那样。图8和9例示出在达到图10中由阶52所表示的完全交换去耦合之前在易磁化轴回线中的“过渡”区域。因此，图13例示出存在一个厚度从10-14埃的Al₂O₃的范围，它是较佳的，以与交换耦合一起提供最小的SQ_h。因此这些图例示出以特定的厚度选择夹层50能够有效地较少主写极的M_rh而同时允许第一层46和第二层48维持交换耦合。

这里被描述的特定的实施例是用于例示本发明，而不是用于限制的目的，详细的众多变型、材料、和部件的安排都可以在本发明的原则和范围内建立，而不违背本发明，这些将被熟悉本技术领域的人们所理解。